Статья посвящена актуальной тематике распространения в рамках квантового полумарковского системного анализа, как одного из возможных перспективных направлений системного анализа, методов конечных полумарковских процессов на случай сложных квантовых систем с интерферирующими нецелевыми состояниями. Исследование таких систем с позиций системного анализа означает исследование, прежде всего, информационных аспектов системы: целей, сигналов, информационных потоков. Тогда полумарковские процессы и состояния рассматриваются в расширенном смысле, в котором стохастичность понимается в контексте не только вероятностей, но и амплитуд вероятностей. Предложен комплекс взаимосвязанных аксиологического и каузального представлений стохастической модели динамики сложной квантовой системы. Эта динамика описывается с точки зрения фейнмановской формулировки квантовой механики. На основе предложенного комплекса представлений удобно проводить квантовый полумарковский системный анализ при обработке информации в процессе моделирования динамики системы, как случайного в расширенном смысле процесса переходов между конечным числом интерферирующих нецелевых и несовместимых целевых состояний согласно заданным пропагаторам. Этот анализ позволяет оценивать достижимость цели и своевременность ее достижения сложной квантовой системой. Под целью системы здесь понимается достижение любого состояния, принадлежащего подходящим образом определенному целевому подмножеству (подпространству) конечного множества (пространства) всех состояний. Исходными данными анализа являются физические характеристики динамики системы в фазовом пространстве с целевым подпространством физических состояний стохастической модели системы: начальная волновая функция системы и ее пропагаторы для заданных фазового пространства с целевым подпространством. Через эти исходные данные выражены характеристики каузального представления, а уже через них — аксиологического. Каузальное представление построено, исходя из формализации динамики сложной квантовой системы процессами марковского восстановления в расширенном смысле. Такая формализация позволяет использовать в расширенном смысле теорию конечных полумарковских процессов для построения характеристик аксиологического представления.
Статья посвящена актуальной тематике распространения в рамках квантового полумарковского системного анализа, как одного из возможных перспективных направлений системного анализа, методов конечных полумарковских процессов на случай сложных квантовых систем с интерферирующими нецелевыми состояниями. Исследование таких систем с позиций системного анализа означает исследование, прежде всего, информационных аспектов системы: целей, сигналов, информационных потоков. Тогда полумарковские процессы и состояния рассматриваются в расширенном смысле, в котором стохастичность понимается в контексте не только вероятностей, но и амплитуд вероятностей. Предложен комплекс взаимосвязанных аксиологического и каузального представлений стохастической модели динамики сложной квантовой системы. Эта динамика описывается с точки зрения фейнмановской формулировки квантовой механики. На основе предложенного комплекса представлений удобно проводить квантовый полумарковский системный анализ при обработке информации в процессе моделирования динамики системы, как случайного в расширенном смысле процесса переходов между конечным числом интерферирующих нецелевых и несовместимых целевых состояний согласно заданным пропагаторам. Этот анализ позволяет оценивать достижимость цели и своевременность ее достижения сложной квантовой системой. Под целью системы здесь понимается достижение любого состояния, принадлежащего подходящим образом определенному целевому подмножеству (подпространству) конечного множества (пространства) всех состояний. Исходными данными анализа являются физические характеристики динамики системы в фазовом пространстве с целевым подпространством физических состояний стохастической модели системы: начальная волновая функция системы и ее пропагаторы для заданных фазового пространства с целевым подпространством. Через эти исходные данные выражены характеристики каузального представления, а уже через них — аксиологического. Каузальное представление построено, исходя из формализации динамики сложной квантовой системы процессами марковского восстановления в расширенном смысле. Такая формализация позволяет использовать в расширенном смысле теорию конечных полумарковских процессов для построения характеристик аксиологического представления.
Показано, что недавно установленная полунепрерывность снизу квантовой условной взаимной информации влечет за собой свойство (на самом деле эквивалентна свойству) полунепрерывности снизу потери квантовой (условной) взаимной информации под действием локальных каналов, рассматриваемой как функция на декартовом произведении множества всех состояний составной системы и множеств всех локальных каналов (наделенных топологией сильной сходимости). Рассмотрены некоторые приложения этого свойства. Получены новые условия непрерывности квантовой взаимной информации и сжатой сцепленности (squashed entanglement) как в двухчастичных, так и в многочастичных бесконечномерных системах. Доказано, в частности, что многочастичная сжатая сцепленность любого счетно неразложимого сепарабельного состояния с конечными маргинальными энтропиями равна нулю. Установлены специальные свойства непрерывности прироста информации квантового измерения с квантовой дополнительной (side) информацией и без нее, которые могут быть интерпретированы как устойчивость этих величин по отношению к возмущениям измерения и измеряемого состояния.
Дается обзор двух замечательных аналитических проблем квантовой теории информации. Основную часть составляет подробное изложение недавнего (частичного) решения квантовой проблемы гауссовских оптимизаторов, которое устанавливает оптимальное свойство глауберовских когерентных состояний - специального случая чистых квантовых гауссовских состояний. Мы развиваем понятие квантового гауссовского канала как некоммутативного аналога интегрального оператора с гауссовским ядром и доказываем, что когерентные состояния, и при определенных условиях только они, минимизируют широкий класс вогнутых функционалов от выходного состояния гауссовского канала. Таким образом, выходные состояния, соответствующие гауссовскому входу, являются "наименее хаотичными", мажорируя все другие выходные состояния. Решение, однако, существенно ограничено калибровочно-инвариантным случаем, в котором особую роль играет выделенная комплексная структура. Мы также обсуждаем известную гипотезу аддитивности, которая была в принципе решена в отрицательном смысле около пяти лет назад. Эта гипотеза относится к свойствам аддитивности или мультипликативности (относительно тензорных произведений каналов) информационных величин, связанных с классической пропускной способностью квантового канала, таких как (1→p)-нормы канала или минимальные выходные энтропии фон Неймана и Реньи. Замечательное следствие настоящего решения квантовой проблемы гауссовских оптимизаторов заключается в том, что эти свойства аддитивности, не справедливые в общем случае, выполняются в важном и интересном классе калибровочно-ковариантных гауссовских каналов. Библиография: 65 названий.
В статье рассматриваются теоретические и прикладные аспекты развития квантовой связи и квантовых сетей как одного из ключевых направлений научно‑технологического прогресса XXI века. Показано, что переход от классических телекоммуникационных систем к квантовым каналам передачи информации обусловлен не только ростом объёмов данных и требований к скорости обмена, но и принципиально новой потребностью в абсолютной криптографической защищённости информации. Квантовая связь, основанная на фундаментальных законах квантовой механики, обеспечивает качественно иной уровень безопасности, недостижимый для классических алгоритмов шифрования. Особое внимание в работе уделено концепции квантовых сетей, которые рассматриваются как основа будущего «квантового интернета», объединяющего квантовые компьютеры, сенсоры и коммуникационные узлы в единую распределённую инфраструктуру. Подробно анализируются принципы квантового распределения ключей, роль квантовой запутанности и фотонных состояний в передаче информации, а также архитектура гибридных сетей, сочетающих классические и квантовые каналы. Важным направлением исследования является анализ возможностей применения квантовой связи в военной сфере и в системах, связанных с обеспечением национальной безопасности. Рассматриваются перспективы использования квантовых сетей для защищённой связи органов военного управления, управления беспилотными и роботизированными системами, стратегических сил сдерживания, а также для противодействия современным угрозам в области радиоэлектронной борьбы и кибервойны. Делается вывод о том, что квантовые технологии способны в перспективе изменить баланс сил в информационном и технологическом противоборстве между государствами. Практическая значимость статьи заключается в систематизации современных представлений о квантовой связи и квантовых сетях, а также в формировании целостного взгляда на их роль в будущем военных и гражданских коммуникационных систем.
Многие важные меры корреляций состояния конечномерной составной квантовой системы определяются как линейные комбинации маргинальных энтропий этого состояния. Статья посвящена бесконечномерным обобщениям таких величин и исследованию их свойств. Введено понятие достоверного расширения линейной комбинации маргинальных энтропий и рассмотрено несколько конкретных примеров, простейшими из которых являются квантовая взаимная информация и квантовая условная энтропия. Показано, что квантовая условная взаимная информация может быть однозначно определена как полунепрерывная снизу функция на множестве всех состояний трехчастичной бесконечномерной системы, обладающая всеми основными свойствами этой характеристики в конечномерном случае. Рассмотрены бесконечномерные обобщения некоторых других мер корреляций в многочастичных квантовых системах. Рассмотрены приложения результатов в теории бесконечномерных квантовых каналов и их пропускных способностей. Также доказано существование восстанавливающего канала Фоузи-Реннера, точно воспроизводящего маргинальные состояния, для всех трехчастичных состояний (включая состояния с бесконечными маргинальными энтропиями). Библиография: 47 названий.
Предлагается подход к описанию динамики конечномерных квантовых систем с помощью псевдостохастических отображений, которые действуют на истинные распределения вероятностей. Предлагаемый метод удобен для анализа многокубитных систем и может быть использован для анализа унитарной и диссипативной эволюции квантовых систем, взаимодействующих как с марковским, так и немарковским окружением.
Коррозия металлов и сплавов остаётся одной из наиболее значимых научно-технических проблем современной промышленности, приводящей к существенным экономическим потерям, снижению надёжности оборудования и возникновению экологических и технологических рисков. Эффективное прогнозирование коррозионного поведения материалов требует понимания процессов, протекающих на атомном и электронном уровнях. Целью настоящей работы является анализ возможностей применения квантовых вычислений для моделирования коррозионных процессов и оценка перспектив их использования в коррозионной науке и материаловедении. Исследование выполнено в формате аналитического обзора публикаций в области вычислительной химии, квантовой информатики и электрохимической коррозии. Рассмотрены возможности и ограничения классических методов квантовой химии, включая теорию функционала плотности (DFT) и пост-хартри-фоковские подходы, а также современные квантовые алгоритмы: вариационный квантовый солвер собственных значений (VQE), квантовая оценка фазы (QPE), методы моделирования периодических систем и квантовая молекулярная динамика. Анализ показывает, что квантовые вычисления обладают потенциалом для более точного описания электронной структуры защитных оксидных и сульфидных плёнок, элементарных электрохимических реакций, процессов водородного охрупчивания и взаимодействия ингибиторов с металлической поверхностью. Выполнена оценка вычислительных ресурсов и возможных временных горизонтов практического применения квантовых технологий. Показано, что в ближайшей перспективе наиболее реалистичным направлением являются гибридные квантово-классические подходы, тогда как моделирование реалистичных коррозионных интерфейсов потребует развития отказоустойчивых квантовых систем. Полученные результаты позволяют определить перспективные направления использования квантовых вычислений для повышения точности прогнозирования коррозии и совершенствования технологий противокоррозионной защиты.