Matematikere skal lægge kvantepuslespil

For professor Matthias Christandl på Institut for Matematiske Fag på Københavns Universitet er den store forskningsmæssige udfordring at finde de generelle matematiske love for kvanteinformation.

De klassiske love for computer­videnskab og kommunikations­teori blev formuleret af koryfæer som Alan Turing og Claude Shannon i 1930’erne og 1940’erne.

»Men selv om kvantemekanikken allerede var godt kendt på dette tidspunkt, overså de helt mulighederne ved at bruge kvantesystemer,« siger Matthias Christandl.

Shannon kunne bl.a. vise, at for at opnå en fuldstændig perfekt kryptering af et budskab, skal man bruge en nøgle med lige så mange bits som selve budskabet.

»Inden for kvanteinformation gælder denne begrænsning ikke,« siger Matthias Christandl.

Ens kanaler med forskellig kapacitet

Der er andre markante forskelle mellem klassisk information og kvanteinformation. Har man to ens kvantekommunikationskanaler, kan man vise, at der findes tilfælde, hvor kapaciteten af de to kanaler er mere end dobbelt så stor som af en enkelt kanal. Men man kender endnu ikke disse tilfælde.

Matthias Christandl undersøger også, hvordan man skal sende kvanteinformation gennem optiske fibre eller atmosfæren, hvor der er tab. Inden for klassisk kommunikation løser man problemet med tab ved at skrue op for sendestyrke og anvende forstærkere. Det er ikke muligt i kvanteverdenen, da det er er umuligt at kopiere en kvantebit.

Men det er muligt så at sige at sprede en kvantebit ud på flere dele, og hvis en passende andel af disse når frem til modtageren, kan kvante­bitten gendannes. Dermed kan skabes en form for kvante-­repeater, som i praksis kan sende over et par hundrede kilometer.

Forskningen i matematikken for kvanteteori ved Københavns Universitet er netop blevet styrket med en bevilling på 30 mio. kr. fra Villum Fonden til oprettelsen af et nyt forskningscenter, der til daglig kaldes QMATH.

Som centerleder er udpeget professor Jan Philip Solovej, som studerer kodning og klassifikation af forskellige former for kvantestof.

Jagten på stabile kvantebits

Denne problemstilling er nært forbundet med aktiviteterne i nabobygningen på H.C. Ørsted Institutet på Center for Quantum Devices, hvor eksperimentalfysikere under ledelse af Charles Marcus søger at skabe meget stabile kvantebits.

»Vi vil undersøge, hvad der gør en kvantebit stabil over for ydre påvirkninger både under ideelle betingelser og i praksis,« siger Solovej.

Hans drøm er at kunne klassificere forskellige former for kvantestof baseret på en lang række eksotiske egenskaber på samme måde som grundstofferne er klassificeret.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Selv med 99% detektion virker det noget usikkert at basere computere på sådan noget. Godt nok er sandsynlighedsregning meget eksakt, men et bestemt resultat på et bestemt tidspunkt er ikke muligt. Alle spilleportalerne er et godt bevis på det. Hvis en kvantecomputer kunne få overskud på sådanne spil, ville min tillid øges.

  • 0
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten