Codificació d’informació en sistemes de N espins ½
El desenvolupament, durant els anys quaranta, de les tecnologies que feien possible el tractament automàtic de dades feu evident la necessitat de crear una teoria que donés fonament matemàtic al concepte d’informació i que permetés modelar i estudiar els processos de magatzematge i transmissió d’informació. L’any 1948 C.E.Shannon publicà l’article “A Mathematical Theory of Communication” on establí els trets bàsic d’una Teoria de la Informació, centrant el seu estudi en l’aspecte fonamental de la transmissió d’un missatge entre un emissor i un receptor. Els principals problemes estudiats per Shannon foren dos:
El primer, fins a on es possible a comprimir un missatge? És a dir, quant de redundant és la informació? Per resoldre aquesta qüestió calia establir la forma de quantificar i mesurar la redundància d’un conjunt de dades i aquest punt Shannon encertà plenament en relacionar la informació amb el concepte ja existent d’entropia.
El segon problema estudiat consistia en saber a quina velocitat podem comunicar-nos utilitzant un canal amb soroll, dit d’altra manera, quina quantitat de redundància cal introduir en un missatge per protegir-lo contra els errors. La resolució d’aquesta qüestió constituïa una extensió dels treballs de Nyquist i Harley sobre la Teoria del Senyal utilitzada en comunicacions, i era d’importància pràctica en un moment on estaven apareixent noves tècniques de modulació que calia comparar i estudiar en el cas realista de canals de transmissió amb presència de soroll.
En relacionar-se amb l’entropia, la informació es va manifestar com una magnitud mesurable dels sistemes físics, els quals, des del punt de vista d’aplicació de la Teoria de la Informació, han estat gairebé sempre tractats com a sistemes clàssics. Però existeix una part del món que únicament pot ser descrita utilitzant les lleis de la Mecànica Quàntica, amb les seves particularitats i fenòmens específics no presents en una visió clàssica de la realitat. En un món així, cal preguntar-se com hi encaixa el concepte d’informació i de quina manera es veuen afectats els processos esmentats de magatzematge i transmissió de dades. Aquest nou camp de la física, format per la convergència de la Teoria Quàntica i la Teoria de la Informació, és el que s’ha anomenat “Informació Quàntica”. Cal ser curosos amb aquest nom perquè pot portar certa confusió: no es tracta d’una teoria quàntica de la informació, sinó d’una teoria de la informació en sistemes quàntics.
L’interès creixent per aquest nou camp ve donat per dos motius: en primer lloc, la millora tecnològica ha fet possible realitzar experiments en sistemes purament quàntics on s’ha posat de manifest l’existència d’aquells efectes que obliguen a afrontar aspectes relacionats amb els fonaments de la Teoria Quàntica, els quals durant molt de temps eren defugits ja que ens aboquen a problemes conceptuals poc estudiats. De fet, bona part del desenvolupament teòric del nou camp es podria haver realitzat fa molts anys, però la impossibilitat de realitzar experiments deixava els resultats en una posició gairebé especulativa. El segon motiu és, precisament, l’interès tecnològic dels avenços. La indústria de la microelectrònica es troba a l’actualitat voltant la frontera on els circuits es comporten com a sistemes quàntics i conèixer amb detall el funcionament i les possibilitats dels nous dispositius pot ser d’importància real per l’evolució del sector en un futur no massa llunyà.
© Antoni Brey
