Введение
Междисциплинарная теория, лежащая в основе квантовых вычислений. Квантовая информационная наука – это область, объединяющая принципы квантовой механики и теории информации для изучения обработки, анализа и передачи информации. Она охватывает как теоретические, так и экспериментальные аспекты квантовой физики, включая пределы возможностей квантовой информации. Термин «квантовая теория информации» иногда используется, но он не включает экспериментальные исследования и может быть смешан с областью квантовой информационной науки, занимающейся обработкой квантовой информации.
Quantum information science is a field that combines the principles of quantum mechanics with information theory to study the processing, analysis, and transmission of information. It covers both theoretical and experimental aspects of quantum physics, including the limits of what can be achieved with quantum information. The term quantum information theory is sometimes used, but it does not include experimental research and can be confused with a subfield of quantum information science that deals with the processing of quantum information.
Научные и инженерные исследования
Квантовая телепортация, запутанность и создание квантовых компьютеров зависят от глубокого понимания квантовой физики и инженерии. Компании Google и IBM значительно инвестировали в исследования аппаратного обеспечения квантовых компьютеров, что привело к существенному прогрессу в их производстве, начиная с 2010-х годов. В настоящее время возможно создание квантового компьютера с более чем 100 кубитами, однако уровень ошибок остается высоким из-за отсутствия подходящих материалов для производства квантовых компьютеров. Фермионы Майораны могут оказаться ключевым недостающим материалом. Устройства квантовой криптографии уже доступны для коммерческого использования. Одноразовый блокнот, шифр, использовавшийся шпионами во время Холодной войны, применяет последовательность случайных ключей для шифрования. Эти ключи можно безопасно обменивать, используя пары квантово запутанных частиц, поскольку принципы теоремы о невозможности клонирования и коллапса волновой функции обеспечивают безопасный обмен случайными ключами. Разработка устройств, способных передавать квантово запутанные частицы, является важной научно-технической задачей. Qiskit, Cirq и Q Sharp – популярные языки квантового программирования. Требуются дополнительные языки программирования для квантовых компьютеров, а также более широкое сообщество квалифицированных квантовых программистов. Для этого необходимы дополнительные образовательные ресурсы, поскольку квантовое программирование имеет множество фундаментальных отличий, ограничивающих переносимость навыков из традиционного программирования.
Связанные математические предметы
Квантовые алгоритмы и теория квантовой сложности — две области в алгоритмах и теории вычислительной сложности. В 1994 году математик Питер Шор представил квантовый алгоритм для факторизации простых чисел, который, при использовании квантового компьютера, содержащего 4000 логических кубитов, потенциально может взломать широко используемые шифры, такие как RSA и ECC, представляя собой серьезную угрозу безопасности. Это привело к увеличению инвестиций в исследования квантовых вычислений и разработке постквантовой криптографии для подготовки к эре отказоустойчивых квантовых вычислений (FTQC).