Квантовая информатика — это область, которая объединяет принципы квантовой механики с теорией информации для изучения обработки, анализа и передачи информации. Она охватывает как теоретические, так и экспериментальные аспекты квантовой физики, включая пределы того, чего можно достичь с помощью квантовой информации . Термин квантовая теория информации иногда используется, но он не включает экспериментальные исследования и может быть спутан с подобластью квантовой информатики, которая занимается обработкой квантовой информации.
Квантовая телепортация , запутанность и производство квантовых компьютеров зависят от всестороннего понимания квантовой физики и инженерии. Google и IBM вложили значительные средства в исследования аппаратного обеспечения квантовых компьютеров, что привело к значительному прогрессу в производстве квантовых компьютеров с 2010-х годов. В настоящее время возможно создать квантовый компьютер с более чем 100 кубитами , но уровень ошибок высок из-за отсутствия подходящих материалов для производства квантовых компьютеров. [1] Майорановские фермионы могут быть критически важным недостающим материалом. [2]
Устройства квантовой криптографии теперь доступны для коммерческого использования. Одноразовый шифр, используемый шпионами во время Холодной войны , использует последовательность случайных ключей для шифрования. Эти ключи можно безопасно обменивать с помощью пар квантовых запутанных частиц, поскольку принципы теоремы о неклонировании и коллапса волновой функции гарантируют безопасный обмен случайными ключами. Разработка устройств, которые могут передавать квантовые запутанные частицы, является важной научной и инженерной целью. [ необходима цитата ]
Qiskit , Cirq и Q Sharp — популярные квантовые языки программирования. Нужны дополнительные языки программирования для квантовых компьютеров, а также большее сообщество компетентных квантовых программистов. Для этого нужны дополнительные учебные ресурсы, поскольку в квантовом программировании есть много фундаментальных различий, что ограничивает количество навыков, которые можно перенести из традиционного программирования. [ необходима цитата ]
Квантовый алгоритм и квантовая теория сложности являются двумя предметами в алгоритмах и теории вычислительной сложности . В 1994 году математик Питер Шор представил квантовый алгоритм для разложения на простые множители , который с квантовым компьютером, содержащим 4000 логических кубитов , мог потенциально взломать широко используемые шифры, такие как RSA и ECC , что представляет собой серьезную угрозу безопасности. Это привело к увеличению инвестиций в исследования квантовых вычислений и развитию постквантовой криптографии для подготовки к эре отказоустойчивых квантовых вычислений (FTQC). [3]