Monrealio profesoriaus Gilleso Brassardo darbas kvantinės fizikos srityje laimėjo didžiausią pasaulyje mokslo premiją


Monrealio universiteto profesorius Gillesas Brassardas buvo apdovanotas didžiausia pasaulyje mokslo premija.Amelie Philibert / Monrealio universitetas

Gilles’as Brassardas, Monrealio universiteto kompiuterių mokslininkas, įnešęs esminį indėlį į kvantinės kriptografijos sritį, buvo apdovanotas Fundamentaliosios fizikos proveržio prizu – didžiausia pasaulyje mokslo premija.

Ketvirtadienį „Breakthrough Prize“ fondo pranešime profesorius Brassardas kartu su savo ilgamečiu bendradarbiu Charlesu Bennettu, IBM tyrėju JAV, buvo paskelbtas 3 milijonų JAV dolerių apdovanojimo vienu laimėtoju. Oksfordo universiteto fizikas Davidas Deutschas ir Masačusetso technologijos instituto taikomosios matematikos profesorius Peteris Šoras taip pat yra vienas iš laimėtojų už atskirą indėlį į kvantinės informacijos sritį.

Jų kolektyviniai atradimai yra kažkada vykusių ezoterinių tyrinėjimų, prasidėjusių devintojo dešimtmečio pradžioje ir peraugusių į ambicingą ir potencialiai pasaulį keičiantį siekį sukurti kvantinius kompiuterius komerciniu mastu, rezultatas.

Šis apdovanojimas yra tik naujausias daktarui Brassardui, kuris 2018 metais pelnė prestižinę fizikos Wolf premiją.

Jis ir daktaras Bennettas laikomi tikėtinais pretendentais į būsimą Nobelio premiją už kvantinių raktų paskirstymą – tai praktinis būdas saugiai siųsti informaciją ir iššifruoti naudojant skaitmeninį raktą, susietą su fizinės sistemos kvantinėmis savybėmis. Bet koks bandymas pasiklausyti sandorio sutrikdys kvantinį rakto pobūdį, todėl jo nebegalima naudoti.

Prof. Deutsch yra žinomas dėl to, kad aiškina, kaip veikia kompiuterių mokslo principai, kai skaitmeniniams bitams, kuriais grindžiamas skaičiavimas, taikomos keistos kvantinės fizikos taisyklės. Dešimtajame dešimtmetyje daktaras Šoras parodė, kad jei kvantinis kompiuteris galėtų veikti, jis pakenktų RSA šifravimui – įprastam metodui, kuriuo didžioji dalis pasaulio skaitmeninės informacijos, įskaitant finansines operacijas, yra laikoma privačia.

Proveržio prizas kasmet įteikiamas už pasiekimus fizikos, matematikos ir gyvybės mokslų srityse. Ją 2012 m. įkūrė Rusijos ir Izraelio verslininkas Jurijus Milneris, o jį palaiko Meta Mark Zuckerberg ir „Google“ įkūrėjas Sergejus Brinas, be kitų Silicio slėnio šviesuolių.

Robertas Myersas, Perimetro teorinės fizikos instituto Vaterlo mieste (Ont.) direktorius, šių metų nugalėtojus pavadino „nuostabiu pasirinkimu“ gauti prizą.

„Manau, kad tai atpažįsta kažką, kas auga ir auga“, – sakė dr. Myersas. “Tai yra žmonės, kurie nustato kvantinės informacijos pagrindus.”

Prof. Brassardui kelionė prasidėjo Karibų jūroje. Tai buvo 1979 m., ir jis ką tik užėmė pareigas Monrealio universitete, baigęs daktaro laipsnį. Puerto Rike vykusioje konferencijoje, kurioje jis turėjo skaityti pranešimą apie kriptografiją, jis nuėjo maudytis ir prie jo priėjo nepažįstamasis su mažai tikėtinu pokalbio pradininku.

„Jis priplaukia prie manęs ir pradeda pasakoti, kad žino, kaip panaudoti kvantinę teoriją, kad būtų galima pagaminti banknotus, kurių neįmanoma padirbti“, – sakė prof. Brassard. „Taigi turėjau klausytis ir supratau, kad tai, ką jis sako, buvo įdomu, bet nepraktiška ir nenaudinga.

Nepažįstamasis buvo daktaras Benetas, o pokalbis paskatino prof. Brassardą išsiaiškinti, kaip ši idėja galėtų būti naudinga – nors ir nepraktiška – jam tęsiant plaukimą. Netrukus po to jiedu keitėsi idėjomis ir bendradarbiavo siekdami, kas taptų kvantinės kriptografijos mokslo pagrindu.

Kaip kompiuterių mokslininkas, prof. Brassard nebuvo giliai įsitraukęs į fundamentaliąją fiziką, ypač sunkiai interpretuojamus kvantinės teorijos padarinius, kurie, atrodo, leido mąstyti, pavyzdžiui, dalelėms, egzistuojančioms daugiau nei vienoje vietoje tuo pačiu metu, kol yra išmatuoti.

„Niekada nebuvau lankęs kvantinės teorijos kurso, – sakė jis, – bet kai Bennettas man paaiškino šiuos dalykus, buvau visiškai sužavėtas, koks jis gražus.

Prof. Deutsch trauka buvo atvirkštine kryptimi. Kaip fizikas, jis tyrinėjo klausimus, susijusius su tikrovės prigimtimi, įskaitant idėją, kad kai kurie kvantinės teorijos prieštaravimai gali būti paaiškinti, jei yra kelios visatos, kurių kiekviena reiškia skirtingą rezultatą, pvz., kelią, kurį gali nueiti dalelė. .

Dar kartą postūmį davė daktaras Benetas. Po pokalbio su IBM tyrėju vakarėlyje daktaras Deutchas nusprendė pažvelgti į tai, kaip kompiuteriai veikia kvantiniame pasaulyje. Kaip jis ir kiti netrukus supras, tai reiškė, kad informacijos bitai – vienetai ir nuliai, kuriais grindžiami įprasti kompiuteriniai skaičiavimai – bus pakeisti „kubitais“, kurie turi tam tikrą tikimybę būti vienetu arba nuliu.

Kai naudojami kartu, kubitai gali efektyviai atlikti kelis skaičiavimus, naudodami tą pačią aparatinę įrangą, tuo pačiu metu įprastas kompiuteris gali atlikti vieną operaciją. Tai gali labai paspartinti tam tikrų rūšių skaičiavimus, įskaitant tuos, kurie šiandien yra labai svarbūs duomenų šifravimui.

Daktaras Deutsch sakė, kad džiaugiasi galėdamas priimti mintį, kad kvantinis kompiuteris pasiekia savo galią dirbdamas keliose visatose vienu metu. Tačiau taip pat įmanoma, kad gilesnis kvantinės fizikos supratimas vieną dieną suteiks geresnę interpretaciją.

Pasak jo, problema yra ta, kad toks aiškinimas „bus dar keistesnis nei dabar“.

Nuo tada, kai gavėjai pradėjo savo apdovanojimus pelniusį darbą, technikos pažanga perkėlė kvantinius kompiuterius į galimų galimybių sritį ir jie vis labiau artėja prie praktiškumo.

Dr. Brassardas sakė, kad ši sritis yra labiau užimta nei bet kada, iš dalies skatinama suvokimo, kad duomenų pasauliui reikia skubiai reaguoti į gresiantį šiandieninių šifravimo sistemų senėjimą.

Paklaustas, ką planuoja daryti su savo piniginio prizo dalimi, 67 metų daktaras Brassardas atsakė, kad apie tai dar negalvojo, „bet tai nėra išeitis į pensiją“.