Квантовая информатика

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.

Научные и инженерные исследования

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 времена 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 ссылка ]}

Qiskit , Cirq и Q Sharp — популярные языки квантового программирования. дополнительные языки программирования Необходимы 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 ссылка ]}

Связанные математические предметы

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 мог бы 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 ]}

См. также

Ссылки

^ Шиба, К., Сакамото, К., Ямагути, К., Малла, Д.Б. и Согабе, Т. 2019, Автокодировщик квантовых вентилей со встроенным фильтром свертки, Библиотека Корнельского университета, arXiv.org, Итака.
^ Чиу, Чинг-Кай; Тео, Джеффри Сай; Шнайдер, Андреас П.; Рю, Синсэй (31 августа 2016 г.). «Классификация топологической квантовой материи с симметриями» . Обзоры современной физики . 88 (3): 035005. arXiv : 1505.03535 . Бибкод : 2016RvMP...88c5005C . doi : 10.1103/RevModPhys.88.035005 .
^ Ханер, Томас; Жак, Самуэль; Наэриг, Майкл; Реттелер, Мартин; Соекен, Матиас (2020). «Улучшенные квантовые схемы для дискретных логарифмов на эллиптических кривых» . Ин Дин, Цзиньтай; Тиллих, Жан-Пьер (ред.). Постквантовая криптография . Конспекты лекций по информатике. Чам: Международное издательство Springer. стр. 425–444. arXiv : 2001.09580 . дои : 10.1007/978-3-030-44223-1_23 . ISBN 978-3-030-44223-1 .

Нильсен, Майкл А .; Чуанг, Исаак Л. (июнь 2012 г.). Квантовые вычисления и квантовая информация (изд. к 10-летию). Кембридж: Издательство Кембриджского университета . ISBN 9780511992773 . OCLC 700706156 .

Внешние ссылки

Quantiki - портал и вики по квантовой информатике.
Европейская дорожная карта ERA-Pilot QIST WP1 по квантовой обработке и коммуникации информации
QIIC – Квантовая информация, Имперский колледж Лондона.
QIP – Группа квантовой информации, Университет Лидса. Группа квантовой информации в Университете Лидса занимается исследованием широкого спектра аспектов квантовой информации. Это варьируется от алгоритмов, квантовых вычислений до физических реализаций обработки информации и фундаментальных вопросов квантовой механики. Также содержит несколько основных руководств для непрофессионалов.
Исследовательская группа mathQI по математике и квантовой информации.
CQIST при Университете Южной Калифорнии Центр квантовой информатики и технологий
Центр квантовой информации и контроля CQuIC , включая теоретические и экспериментальные группы из Университета Нью-Мексико, Университета Аризоны.
Центр квантовых технологий CQT Национального университета Сингапура
CQC2T Центр квантовых вычислений и коммуникационных технологий
Группа квантовой науки и технологий QST@LSU Университета штата Луизиана

[1] Шиба, К., Сакамото, К., Ямагути, К., Малла, Д.Б. и Согабе, Т. 2019, Автокодировщик квантовых вентилей со встроенным фильтром свертки, Библиотека Корнельского университета, arXiv.org, Итака.

[2] Чиу, Чинг-Кай; Тео, Джеффри Сай; Шнайдер, Андреас П.; Рю, Синсэй (31 августа 2016 г.). «Классификация топологической квантовой материи с симметриями» . Обзоры современной физики . 88 (3): 035005. arXiv : 1505.03535 . Бибкод : 2016RvMP...88c5005C . doi : 10.1103/RevModPhys.88.035005 .

[3] Ханер, Томас; Жак, Самуэль; Наэриг, Майкл; Реттелер, Мартин; Соекен, Матиас (2020). «Улучшенные квантовые схемы для дискретных логарифмов на эллиптических кривых» . Ин Дин, Цзиньтай; Тиллих, Жан-Пьер (ред.). Постквантовая криптография . Конспекты лекций по информатике. Чам: Международное издательство Springer. стр. 425–444. arXiv : 2001.09580 . дои : 10.1007/978-3-030-44223-1_23 . ISBN 978-3-030-44223-1 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

v т и Квантовая механика
Background	Introduction History Timeline Classical mechanics Old quantum theory Glossary
Fundamentals	Born rule Bra–ket notation Complementarity Density matrix Energy level Ground state Excited state Degenerate levels Zero-point energy Entanglement Hamiltonian Interference Decoherence Measurement Nonlocality Quantum state Superposition Tunnelling Scattering theory Symmetry in quantum mechanics Uncertainty Wave function Collapse Wave–particle duality
Formulations	Formulations Heisenberg Interaction Matrix mechanics Schrödinger Path integral formulation Phase space
Equations	Dirac Klein–Gordon Pauli Rydberg Schrödinger
Interpretations	Bayesian Consistent histories Copenhagen de Broglie–Bohm Ensemble Hidden-variable Local Superdeterminism Many-worlds Objective collapse Quantum logic Relational Transactional Von Neumann–Wigner
Experiments	Bell test Davisson–Germer Delayed-choice quantum eraser Double-slit Franck–Hertz Mach–Zehnder interferometer Elitzur–Vaidman Popper Quantum eraser Stern–Gerlach Wheeler's delayed choice
Science	Quantum biology Quantum chemistry Quantum chaos Quantum cosmology Quantum differential calculus Quantum dynamics Quantum geometry Quantum measurement problem Quantum mind Quantum stochastic calculus Quantum spacetime
Technology	Quantum algorithms Quantum amplifier Quantum bus Quantum cellular automata Quantum finite automata Quantum channel Quantum circuit Quantum complexity theory Quantum computing Timeline Quantum cryptography Quantum electronics Quantum error correction Quantum imaging Quantum image processing Quantum information Quantum key distribution Quantum logic Quantum logic gates Quantum machine Quantum machine learning Quantum metamaterial Quantum metrology Quantum network Quantum neural network Quantum optics Quantum programming Quantum sensing Quantum simulator Quantum teleportation
Extensions	Quantum fluctuation Casimir effect Quantum statistical mechanics Quantum field theory History Quantum gravity Relativistic quantum mechanics
Related	Schrödinger's cat in popular culture Wigner's friend EPR paradox Quantum mysticism
Category

v т и Основные разделы физики
Divisions	Pure Applied Engineering
Approaches	Experimental Theoretical Computational
Classical	Classical mechanics Newtonian Analytical Celestial Continuum Acoustics Classical electromagnetism Classical optics Ray Wave Thermodynamics Statistical Non-equilibrium
Modern	Relativistic mechanics Special General Nuclear physics Quantum mechanics Particle physics Atomic, molecular, and optical physics Atomic Molecular Modern optics Condensed matter physics
Interdisciplinary	Astrophysics Atmospheric physics Biophysics Chemical physics Geophysics Materials science Mathematical physics Medical physics Ocean physics Quantum information science
Related	History of physics Nobel Prize in Physics Philosophy of physics Physics education Timeline of physics discoveries