Квантовая информатика — это область, которая сочетает в себе принципы квантовой механики с теорией информации для изучения обработки, анализа и передачи информации. Он охватывает как теоретические, так и экспериментальные аспекты квантовой физики, включая пределы того, чего можно достичь с помощью квантовой информации . Иногда используется термин «квантовая теория информации» , но он не включает экспериментальные исследования и его можно спутать с разделом квантовой информатики, который занимается обработкой квантовой информации.
Квантовая телепортация , запутанность и производство квантовых компьютеров зависят от всестороннего понимания квантовой физики и техники. 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 частота ошибок высока из-за отсутствия подходящих материалов для изготовления квантового компьютера. [1] Майорановские фермионы могут быть важнейшим недостающим материалом. [2]
Устройства квантовой криптографии теперь доступны для коммерческого использования. Одноразовый блокнот — шифр, использовавшийся шпионами во время Холодной войны , — использует для шифрования последовательность случайных ключей. Этими ключами можно безопасно обмениваться с использованием пар квантово-запутанных частиц, поскольку принципы теоремы о запрете клонирования и коллапса волновой функции обеспечивают безопасный обмен случайными ключами. Разработка устройств, способных передавать квантово запутанные частицы, является важной научной и инженерной целью. [ нужна цитата ]
Qiskit , Cirq и Q Sharp — популярные языки квантового программирования. Необходимы дополнительные языки программирования для квантовых компьютеров, а также более широкое сообщество компетентных квантовых программистов. Для этого необходимы дополнительные учебные ресурсы, поскольку в квантовом программировании существует множество фундаментальных отличий, которые ограничивают количество навыков, которые можно перенести из традиционного программирования. [ нужна цитата ]
Квантовый алгоритм и квантовая теория сложности — два предмета алгоритмов и теории сложности вычислений . В 1994 году математик Питер Шор представил квантовый алгоритм факторизации простых чисел , который с помощью квантового компьютера, содержащего 4000 логических кубитов , потенциально может взломать широко используемые шифры, такие как RSA и ECC , представляя серьезную угрозу безопасности. Это привело к увеличению инвестиций в исследования квантовых вычислений и развитию постквантовой криптографии для подготовки к эпохе отказоустойчивых квантовых вычислений (FTQC). [3]