Skip to content
Home » Doorbraakprijs voor de fysica van kwantuminformatie… en van cellen

Doorbraakprijs voor de fysica van kwantuminformatie… en van cellen

    Doorbraakprijs voor de fysica van kwantuminformatie... en van cellen

    Het idee om de wetten van de kwantummechanica te gebruiken voor berekeningen werd in 1982 voorgesteld door Richard Feynman. Maar Deutsch – die aan de Universiteit van Oxford, VK werkt – wordt vaak gecrediteerd voor het leggen van de conceptuele basis van de discipline. Computerbits die zich houden aan kwantumprincipes, zoals superpositie en verstrengeling, kunnen sommige berekeningen veel sneller en efficiënter uitvoeren dan die welke klassieke regels volgen. In 1985 stelde Deutsch dat een apparaat gemaakt van zulke kwantumbits (qubits) universeel zou kunnen worden gemaakt, wat betekent dat het elk kwantumsysteem zou kunnen simuleren. Deutsch kaderde zijn voorstel in de context van de “vele werelden” interpretatie van de kwantummechanica (waarvan hij een pleitbezorger), waarbij het proces van één kwantumberekening wordt vergeleken met dat van vele parallelle berekeningen die tegelijkertijd in verstrengelde werelden plaatsvinden.

    Om verder werk in kwantumcomputing te motiveren, hadden onderzoekers destijds problemen nodig die een kwantumcomputer op unieke wijze kon oplossen. “Ik herinner me gesprekken in het begin van de jaren negentig waarin mensen ruzie maakten over de vraag of kwantumcomputers ooit iets echt nuttigs zouden kunnen doen”, zegt kwantumfysicus William Wotters van Williams College, Massachusetts, die met Bennett en Brassard heeft gewerkt aan problemen met kwantumcryptografie. . “Toen bedacht Peter Shor plotseling een kwantumalgoritme dat inderdaad iets buitengewoon nuttigs zou kunnen doen.”

    In 1995 ontwikkelde Shor, die nu aan het Massachusetts Institute of Technology werkt, een algoritme dat grote gehele getallen in factoren kan ontbinden – ze ontbinden in producten van priemgetallen – veel efficiënter dan enig bekend klassiek algoritme. In de klassieke berekening neemt de tijd die nodig is om een ​​groot getal te ontbinden exponentieel toe naarmate het getal groter wordt. Daarom vormt het ontbinden van grote getallen de basis voor de huidige methoden voor online gegevensversleuteling. Het algoritme van Shor toonde aan dat voor een kwantumcomputer de benodigde tijd minder snel toeneemt, waardoor het ontbinden van grote getallen mogelijk beter haalbaar is. Deze theoretische demonstratie “injecteerde onmiddellijk energie in het veld”, zegt Wotters. Shor heeft ook belangrijke bijdragen geleverd aan de theorie van kwantumfoutcorrectie, die uitdagender is in kwantum dan in klassieke berekeningen (zie Focus: monumenten—Kwantumcomputerfouten corrigeren).

    “Zonder Deutsch en Shor zouden we het gebied van kwantumberekening niet hebben zoals we dat nu kennen”, zegt kwantumtheoreticus Artur Ekert van de Universiteit van Oxford, die Deutsch als zijn mentor beschouwt. “David definieerde het veld en Peter bracht het naar een heel ander niveau door de echte kracht van kwantumberekening te ontdekken en door te laten zien dat het echt kan.”

    Gegevensversleuteling is het onderwerp dat wordt genoemd voor de toekenning van Bennett (IBM’s Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights, New York) en Brassard (Universiteit van Montreal, Canada). In 1984 beschreef het paar een protocol waarin informatie in qubits kon worden gecodeerd en tussen twee partijen kon worden verzonden op zo’n manier dat de informatie niet door een afluisteraar kon worden gelezen zonder dat die tussenkomst werd gedetecteerd. Net als kwantumcomputing is dit kwantumcryptografische schema gebaseerd op verstrengelde qubits, wat betekent dat hun eigenschappen onderling afhankelijk zijn, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Dit “BB84”-protocol en soortgelijke kwantumcoderingsschema’s zijn nu gebruikt voor veilige overdracht van gegevens langs optische netwerken en zelfs via satelliet over duizenden kilometers (zie Focus: Intercontinental, Quantum-Encrypted Messaging and Video).

    In 1993 toonden Bennett en Brassard ook aan hoe verstrengeling kan worden aangewend voor ‘kwantumteleportatie’, waarbij de toestand van de ene qubit wordt uitgezonden naar een andere ver verwijderde qubit terwijl de oorspronkelijke toestand wordt vernietigd (zie Focus: monumenten—Teleportatie is geen sciencefiction). Ook dit proces heeft toepassingen in de verwerking van kwantuminformatie.

    “Ik ben erg blij met deze prijs, omdat deze het gebied van kwantuminformatie en berekeningen erkent”, zegt Shor. Duits herhaalt het sentiment: “Ik ben blij dat [quantum information] wordt nu officieel beschouwd als fundamentele natuurkunde in plaats van als filosofie, wiskunde, informatica of techniek.”

    Deutsch, Shor, Bennett en Brassard verdienen erkenning voor hun werk en “Ik ben heel blij dat ze het krijgen”, zegt Wootters. Hij merkt op dat hun onderzoek niet alleen de ontwikkeling van kwantumtechnologieën inspireerde, maar ook nieuw onderzoek naar kwantumfunderingen beïnvloedde. “De kwantuminformatietheorie bekijkt de kwantumtheorie door een nieuwe lens en opent een nieuw perspectief om fundamentele vragen te beantwoorden.”