Știința informației cuantice aplicată la jocul de bridge

Metodele cuantice ne permit să reducem complexitatea comunicării unor sarcini de calcul, cu mai mulți parteneri separați, dincolo de constrângerile clasice. Cu toate acestea, demonstrațiile experimentale în acest sens s-au limitat până acum la unele probleme abstracte, departe de sarcinile din viața reală. Puterea de reducere a complexității comunicării poate fi valorificată pentru a câștiga un avantaj într-un joc de cărți celebru, extrem de popular, bridge. Esența unei strategii câștigătoare în bridge este comunicarea eficientă între parteneri. Regulile jocului permit doar o anumită formă de comunicare, de complexitate foarte mică (efectiv, există limitări puternice în ceea ce privește numărul de biți schimbați). Sadiq Muhammad au studiat o tehnică specială cuantică, care nu încalcă regulile de joc existente (deoarece nu există o creștere a fluxului de informații). Licitația la bridge în aceste condiții, un bridge cuantic, corespunde unui joc nelocalizat Clauser-Horne-Shimony-Holt, care este echivalent cu un cod de acces aleatoriu cuantic 2 → 1, efectuând și un experiment pe baza unor astfel de protocoale specifice jocului de bridge.

Știința informației cuantice încalcă limitările transferului de informații convenționale, criptografiei și calculului. Problemele de complexitate a comunicării (PCC) [1] s-a demonstrat că au protocoale cuantice, care depășesc orice omologii clasici. În PCC, se pot distinge două tipuri. Primul tip minimizează cantitatea de schimb de informații necesar pentru a rezolva o sarcină cu certitudine [2-4]. Al doilea tip maximizează probabilitatea de a rezolva cu succes o sarcină cu o cantitate restrânsă de comunicare [4-6]. Astfel de studii vizează, de exemplu, accelerarea unui calcul distribuit prin creșterea eficienței comunicării sau optimizarea circuitelor de interacțiune la scară foarte mare (VLSI) și a structurilor de date [7].

În mod fundamental, există conexiuni între PCC-urile cuantice, jocurile cuantice și testele fundamentelor mecanicii cuantice. S-a demonstrat că pentru fiecare PCC, există un joc cuantic corespunzător și invers. Mai mult, s-a dovedit, de asemenea, că pentru fiecare inegalitate Bell și pentru o clasă largă de protocoale, există întotdeauna un PCC multipartit pentru care protocolul asistat de stări cuantice care încalcă inegalitatea Bell este mai eficient decât orice protocol clasic [6,8]. ]. Cu toate acestea, spre deosebire de criptografie, demonstrațiile existente ale protocoalelor cuantice care reduc complexitatea comunicării sunt probleme abstracte. Se pot aplica unele corelații cuantice în protocoale legate de o sarcină binecunoscută din viața reală, precum jocul de cărți de bridge (duplicat).

Esența unui joc de bridge de succes este comunicarea eficientă între parteneri. Din cauza regulilor jocului, forma și cantitatea de informații schimbate între parteneri sunt sever restricționate. Folosind resursele cuantice, jucătorii își pot crește probabilitatea de câștig. Ceea ce este important este că protocolul nu necesită nicio modificare a regulilor de joc (sau poate însăși existența acestuia ar forța o schimbare a regulilor, astfel încât să adauge un punct lipsă: nu este permisă nicio reducere cuantică a complexității comunicării în timpul jocul). Pentru a folosi schema noastră, jucătorii trebuie să împartă o stare cuantică de inseparabilitate și să măsoare local subsistemele acesteia. O astfel de procedură nu este împotriva regulilor Federației Mondiale de Bridge [9] și nu este o metodă de transfer de informații (fără reguli ge „telefon Bell”). Se poate exploata diferența dintre resursele cuantice și cele clasice din PCC, în care există limite stricte ale cantității de comunicare, pentru a câștiga un avantaj în jocul de bridge. Așadar, ori de câte ori regulile care guvernează o situație reală pun o limită a volumului de comunicare, ar trebui să se precizeze și dacă resursele cuantice sunt permise sau nu, deoarece protocoalele cuantice, care depășesc omoloagele clasice, se află la limita extremă a tehnologiei de ultimă oră, așa cum arată experimentul lui Sadiq Muhammad. Acesta și echipa lui prezintă o realizare experimentală a unui protocol de punte cuantică, în care resursele cuantice oferă un avantaj față de cele clasice.

Sursa: Sadiq Muhammad, Armin Tavakoli, Maciej Kurant, Marcin Pawłowski, Marek Żukowski, Mohamed Bourennane. (2014) Quantum Bidding in Bridge, în PHYSICAL REVIEW X 4, 021047. Licența CC BY 3.0. Traducere și adaptare Nicolae Sfetcu