Проекты XXI века

IV Международное совещание "Квантовая физика и коммуникации" проходило в Дубне с 15 по 19 октября. В Дубну приехали специалисты, работающие в разных областях квантовой физики и информационных технологий, из Армении, Белоруссии, Бразилии, Вьетнама, Литвы, Румынии, российских научных центров и государственных университетов Москвы, Новосибирска, Санкт-Петербурга, Черноголовки; в совещании участвовали сотрудники ЛИТ, ЛТФ, ЛНФ ОИЯИ. Запланированные для обсуждения темы включали физику обработки квантовой информации, экспериментальный квантовый компьютинг, модели и логику квантовых вычислений, когерентный контроль квантовых систем, перепутанные квантовые состояния, квантовые коммуникации и криптографию, квантовые алгоритмы. Вот что рассказали корреспонденту газеты организаторы и участники совещания.

Директор ЛИТ В.В.Иванов:
Это рабочее совещание, организуемое раз в два года, проводится уже в четвертый раз. Возникло оно восемь лет назад по предложению Алексея Норайровича Сисакяна. Оно невелико по количеству участников - 50-60 человек, и, хотя первое совещание привлекло внимание большего числа специалистов, со временем появились другие конференции по аналогичной тематике, оттянувшие на себя потенциальных участников нашего совещания. Тем не менее, нынешнее совещание, я считаю, мы провели достаточно успешно, а следующее будет преобразовано в секцию нашей традиционной большой конференции по математическому моделированию и вычислительной физике.

Квантовая информация и квантовые телекоммуникации - очень интересная область, в особенности вот с какой стороны: здесь затрагиваются вопросы взаимодействия макромира и микромира. И именно через передачу квантовой информации это взаимодействие двух миров и осуществляется. Исследования в этой области имеют теоретический аспект - это проблемы квантовой физики, физики взаимодействия макро- и микромира, постоянно возникающие вопросы, связанные с обсуждением основ квантовой механики, которые, кстати, обсуждались на нынешней конференции, и прикладной аспект - создание новых приборов, что относится сегодня уже к сфере нанотехнологий. Вообще, в последнее время появилось много работ, связанных, с одной стороны, с нанотехнологиями, а с другой стороны, с вопросами квантового компьютинга, квантовой информации и так далее. Вот и на нашем совещании в докладе профессора Д.А.Славнова была сделана попытка построить строгий фундамент для квантовой механики, а академик Нгуен Ван Хьеу свой доклад посвятил вполне конкретной вещи - элементам квантового компьютера, разработкой которых он занимается со своими коллегами, как, впрочем, и многие другие исследователи сегодня в мире.

Известно, что сейчас существуют алгоритмы, которые невозможно решить с помощью традиционных компьютеров, но они могут быть решены в разумное время квантовыми компьютерами. К сожалению, а может быть, к счастью, такой компьютер пока не создан, но активность в этой области одновременно стимулировала и новые работы в другой области - взаимодействия макро- и микромира, в частности, в области защиты информации. Например, уже созданы, продаются и успешно используются так называемые квантовые ключи.

Мы сотрудничаем с коллегами из Вьетнама. В частности, конкретные задачи, сформулированные Нгуен Ван Хьеу, решаются двумя подходами - численными методами и аналитическими вычислениями и в ЛИТ, и в Институте материаловедения Вьетнамской Академии наук и технологий. Развивается сотрудничество с коллегами из Армении, есть весьма интересные проекты, в частности, возникла идея создания некоего конкретного прибора, с помощью которого можно было бы "отлаживать" теоретические идеи.

Академик Вьетнамской Академии наук и технологий Нгуен Ван Хьеу:
Когда мы приехали в Дубну 50 лет назад, Институт произвел на меня огромное впечатление: уже был запущен синхрофазотрон и ОИЯИ тогда был первым в области физики элементарных частиц. Какое счастье испытал я, молодой физик из бедной воюющей страны, начав участвовать в экспериментах на этой рекордной установке! А когда в 1967-м я вернулся на родину, то наше сотрудничество с советскими и учеными из социалистических стран-участниц ОИЯИ продолжалось. Развивается оно и сейчас, а в Дубне я бываю каждый год - участвую в заседаниях сессий Ученого совета.

Что касается моего участия в этом совещании, то в моем докладе продемонстрированы возможности передачи информации между квантовыми точками посредством испускания и поглощения фотонов. В будущем это, возможно, найдет применение в теории обработки информации и квантовых вычислениях. А еще очень интересная для меня точка сотрудничества с ОИЯИ, но уже с ЛТФ - изучение смешанной фазы ядерной материи. Это перспективное направление для развития физики высоких энергий в Дубне.

Профессор Д.А.Славнов (Физический факультет МГУ):
Я занимаюсь основами квантовой механики, так что здесь себя чувствовал немного не в своей компании, хотя некоторые вещи меня заинтересовали. Например, понравился доклад В.П.Гердта (ЛИТ), в котором он делает попытку моделировать квантовые вычисления на классическом компьютере. У меня, честно говоря, нет больших надежд, что квантовые компьютеры будут созданы в ближайшем будущем, поэтому программы для них надо проверять на классических компьютерах. И то, что предлагает В.П.Гердт, мне кажется интересным. Вообще, квантовые компьютеры поначалу меня очень вдохновили, а теперь у меня все больше скепсиса. Во-первых, что касается физической реализации, - вряд ли удастся преодолеть диссипацию. Во-вторых, возникают сомнения по принципиальным вопросам, уж слишком большие надежды возлагаются на утверждения квантовой механики, которые не очень четко проверены в эксперименте. Квантовая механика хороша для статистических экспериментов, а как она себя поведет в отдельных экспериментальных реализациях - это открытый вопрос. А если квантовым компьютером пользоваться только для статистических вычислений, то здесь он уступает в скорости классическим.

Будут ли квантовые компьютеры созданы или нет, - пока не ясно, но то, что они уже стимулировали исследования в квантовой механике, - несомненно. Здесь я слышал ссылки на основы квантовой механики, заложенные в начале прошлого века. Мы уже отошли от этого. И в моем докладе, проблематичном и потому воспринятом, как всегда, неоднозначно, предпринято некоторое "сотрясение" квантово-механических основ. Что меня не удовлетворяет в квантовой механике - это используемая вероятностная теория XIX века, а все вершины и тонкости Колмогоровской теории вероятностей в современной квантовой механике, по-моему, не учитываются.

Я сторонник развития алгебраического подхода к квантовой механике. Он открывает новые возможности и применяется сегодня, но, по-моему, недостаточно широко. Так что с точки зрения развития основ квантовой механики, я считаю, остается широкое поле для деятельности. И квантовые вычисления, о которых докладывалось на этом совещании, должны эту деятельность стимулировать.

Член-корреспондент Академии наук Армении Г.Крючкян (Ереванский госуниверситет, Институт физических исследований НАН Армении):
С ЛИТ ОИЯИ у нас давнее и успешное сотрудничество в области компьютерного моделирования сложных систем. Лаборатория информационных технологий лидирует в этой области, мы также занимаемся этой тематикой и хотим ее развивать. В рамках международного проекта мы начали разрабатывать Грид-систему в Армении, это очень важная задача для республики. Мы хотим сотрудничать в этой области, в первую очередь, с Дубной, поскольку она уже активно участвует в европейских Грид-проектах. Свои специалисты у нас есть, но их еще надо "обтесать" и очень неплохо было бы им перенять опыт в ОИЯИ. Мы с удовольствием поучаствуем в конференции по Грид, которая планируется здесь летом. Вообще, наше сотрудничество в этом направлении активно развивается благодаря доброжелательной поддержке директора Лаборатории информационных технологий В.В.Иванова.

На этом совещании, а в нем участвуют еще и двое моих аспирантов, мы услышали много полезного, участвовали в очень интересных обсуждениях. Надеюсь, в ближайшее время у нас появятся совместные с коллегами из ЛИТ работы, также мы обсудили возможность командировок в Дубну наших молодых специалистов.

Профессор А.Исар (Национальный институт физики и ядерной технологии имени Х.Хулубея, Румыния):
Наш отдел теоретической физики сотрудничает в области обработки квантовой информации и с ЛИТ, и с ЛТФ ОИЯИ. Эта сфера связана не только с теоретической физикой, но и с различными приложениями, поскольку все теоретические предположения, теоретические модели необходимо проверять в эксперименте. Теоретикам нельзя позволять вариться в собственном соку, обязательно надо проверять экспериментально, какие пределы должны быть у теоретических моделей, чтобы они соответствовали реальности. Я знаю, что налажено и очень хорошее сотрудничество в области Грид (это, правда, не моя область деятельности). Но наши специалисты по использованию Грид-систем приезжали в Дубну на подготовку, у вас накоплен в этой области очень ценный опыт. ЛИТ - это Грид-сердце России, поскольку именно здесь, на мой взгляд, расположен командный пункт всей российской науки, задействованной в Грид-проектах. Поэтому, конечно, румынские специалисты очень заинтересованы в развитии связей с ОИЯИ.

В вашем Институте работают очень сильные специалисты, нам с ними интересно и весьма полезно сотрудничать. Квантовая информация - фантастически быстро развивающаяся область знаний, которая также быстро меняет мир. На совещании прозвучало много интересных докладов сотрудников ОИЯИ и участников из-за рубежа. Атмосфера здесь с самого начала установилась дружеская, открытая, научные обсуждения продолжались и после заседаний. Хочу отметить, что на совещании была прекрасно организована не только научная, но и социальная программа, за что большая благодарность оргкомитету. Надеемся, что следующее совещание состоится, как запланировано, чтобы обмен новыми идеями не прерывался.

P.S. Кот в эмблему совещания помещен неспроста. Один из создателей квантовой механики Эрвин Шрёдингер придумал такой опыт:

В закрытый ящик помещен кот, в ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро и емкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадется за 1 час, составляет 50 процентов. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие, он открывает емкость с газом, и кот умирает. Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний - распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мертв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор обязан увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние - "ядро распалось, кот мертв" или "ядро не распалось, кот жив".

Вопрос стоит так: когда система перестает существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента - показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции и кот становится либо мертвым, либо остается живым, но перестает быть смешением того и другого.

Вопреки расхожим представлениям, сам Шрёдингер придумал этот опыт вовсе не потому, что он верил, будто "мертвоживые" коты существуют; наоборот, он считал квантовую механику неполной и не до конца описывающей реальность в данном случае. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мертвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это означает, что это верно и для атомного ядра. Оно обязано быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.

Ольга ТАРАНТИНА