Кіріспе

Кванттық есептеудің артындағы пәнаралық теория. Кванттық ақпарат ғылымы – кванттық механика принциптерін ақпараттық теориямен үйлестіріп, ақпаратты өңдеу, талдау және беруді зерттейтін сала. Ол кванттық физиканың теориялық және тәжірибелік аспектілерін, соның ішінде кванттық ақпаратты пайдалану мүмкіндігінің шектерін қамтиды. Кванттық ақпарат теориясы деген термин кейде қолданылатын болса да, ол тәжірибелік зерттеулерді қамтымайды және кванттық ақпарат ғылымының кванттық ақпаратты өңдеумен айналысатын тармағымен шатастырылуы мүмкін.

Ғылыми және инженерлік зерттеулер

Кванттық телепортация, түйісу және кванттық компьютерлерді жасау кванттық физика мен инженерияны толыққанды түсінуді қажет етеді. Google және IBM кванттық компьютерлердің аппараттық құралдарын зерттеуге үлкен инвестиция жасады, нәтижесінде 2010 жылдардан бері кванттық компьютерлерді өндіруде маңызды прогресске қол жеткізілді. Қазіргі таңдағыда 100-ден астам кубиттен тұратын кванттық компьютер жасау мүмкін, бірақ кванттық компьютерлерді өндіруге қолайлы материалдардың жетіспеуіне байланысты қателік деңгейі жоғары. Майорана фермиондары – қажетті материалдың маңызды бөлігі болуы мүмкін. Кванттық криптография құрылғылары енді коммерциялық қолданысқа енгізілді. Суық соғыс кезінде тыңшылар қолданған бір реттік блок шифрі, шифрлау үшін кездейсоқ кілттер тізбесін пайдаланады. Бұл кілттерді кванттық түйіскен бөлшектер жұбы арқылы қауіпсіз алмасуға болады, себебі клондау теоремасы және толқындық функцияның күйреу принципі кездейсоқ кілттердің қауіпсіз алмасуын қамтамасыз етеді. Кванттық түйіскен бөлшектерді жібере алатын құрылғыларды әзірлеу – маңызды ғылыми және инженерлік міндет. Qiskit, Cirq және Q Sharp – танымал кванттық бағдарламалау тілдері. Кванттық компьютерлер үшін қосымша бағдарламалау тілдері де, білікті кванттық бағдарламашылардың кеңірек қауымдастығы да қажет. Осы мақсатта қосымша оқу материалдары керек, өйткені кванттық бағдарламалауда дәстүрлі бағдарламалаудан көшіріле алатын дағдылардың санын шектейтін көптеген негізгі айырмашылықтар бар.

Математикалық сабақтардың сабақтастығы

Кванттық алгоритмдер және кванттық күрделілік теориясы – алгоритмдер және есептеу күрделілігі теориясының екі саласы. 1994 жылы математик Питер Шор жай сандарды есепке бөлуге арналған кванттық алгоритмді ұсынды, ол 4000 логикалық кубиті бар кванттық компьютердің көмегімен RSA және ECC сияқты кеңінен қолданылатын шифрларды бұзуы мүмкін, бұл қауіпсіздікке елеулі қатер төндіреді. Бұл кванттық есептеулерді зерттеуге инвестициялардың ұлғаюына және қатеге төзімді кванттық есептеу (FTQC) дәуіріне дайындалу үшін посткванттық криптографияны дамытуға әкелді.