До создания настоящих квантовых компьютеров еще ой как далеко, а ученые всего мира уже во всю предлагают их возможные практические применения. Вот и недавно группа швейцарских и французских ученых - Дж. В. Ли, А. Шепелянский и Д. Шепелянский - предложила реалистичную схему сжатия аудиосигналов с помощью квантовых алгоритмов. Главная идея достаточно проста. Известно, что для сжатия аудиосигнала, например, по методу МР3, необходимо использовать специальный алгоритм - быстрое преобразование Фурье для доступа к спектру сигнала. Теперь также уже известно, что соответствующие квантовые алгоритмы позволяют осуществлять все требуемые вычислительные процедуры за время, экспоненциально меньшее, чем при использовании самых быстрых классических алгоритмов. В частности, используемое в алгоритме Шора квантовое преобразование Фурье позволяет очень быстро проводить разложение целых чисел на простые множители, что экспериментально было подтверждено.

Оценки показывают, что, например, если на 20-кюбитном квантовом компьютере может быть закодирован 23-секундный моно аудиотрек, то уже на 50-кюбитном может храниться 1000 лет (!!!) аудиозвучания, и это при минимальном числе требуемых квантовых измерений.

Ясно, что весьма привлекательно, исходя из сказанного, попытаться разработать некий квантовый аналог стандарта МР3. Но это требует определенной адаптации классических методов аудиоанализа к новой вычислительной среде. Есть и еще две особенности, которые должны быть учтены. Во-первых, классическая обработка цифрового сигнала не приводит к появлению ошибок, а вот квантовая дает фазовые и амплитудные ошибки, которые могут влиять на качество компьютерного звука. Во-вторых, процесс извлечения квантовой информации основывается на квантовых измерениях, которые, как известно, изменяют состояние наблюдаемой квантовой системы.

Для численного моделирования был избран фрагмент речи компьютера HAL 9000 из фильма "2001: Космическая Одиссея" продолжительностью 26 секунд. Для его кодирования потребовалось всего 18 кюбит. Предложенная авторами методика (что-то вроде квантового МР3) позволяла распознать речь HAL 9000 всего за пять измерений. Причем результат был достаточно устойчивым по отношению к возможным шумам в квантовых гейтах.

Образцы записанных и восстановленных звуков представлены на странице: www.quantware.ups-tlse.fr/qaudio. Полный текст статьи со всеми формальными выкладками и иллюстрациями можно взять на: xxx.lanl.gov/pdf/quant-ph/0309018.

Сергей САНЬКО,
[email protected]