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 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 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 ресурсы обучения, 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 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]

См. также

Ссылки

^ Шиба, К., Сакамото, К., Ямагути, К., Малла, Д.Б. и Согабе, Т. 2019, Встроенный автоэнкодер квантовых вентилей в сверточном фильтре, 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 проблем 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, Встроенный автоэнкодер квантовых вентилей в сверточном фильтре, 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
Фон	Введение История Хронология Классическая механика Старая квантовая теория Глоссарий
Основы	Родившееся правило Хорошие обозначения Дополнительность Матрица плотности Уровень энергии Основное состояние Возбужденное состояние Вырожденные уровни Энергия нулевой точки Запутывание гамильтониан Помехи Декогеренция Измерение Нелокальность Квантовое состояние Суперпозиция Туннелирование Теория рассеяния Симметрия в квантовой механике Неопределенность Волновая функция Крах Корпускулярно-волновой дуализм
Составы	Составы Гейзенберг Взаимодействие Матричная механика Шрёдингер Формулировка интеграла по траектории Фазовое пространство
Уравнения	Дирак Кляйн-Гордон Паули Ридберг Шрёдингер
Интерпретации	Байесовский Последовательные истории Копенгаген де Бройль-Бом Ансамбль Скрытая переменная Местный Супердетерминизм Многомировый Объективный коллапс Квантовая логика Реляционный Транзакционный Фон Нейман-Вигнер
Эксперименты	Тест Белла Дэвиссон – Раствор Квантовый ластик с отложенным выбором Двойная щель Франк-Герц Интерферометр Маха – Цендера Элицур–Вайдман Поппер Квантовый ластик Штерн-Герлах Отложенный выбор Уиллера
Наука	Квантовая биология Квантовая химия Квантовый хаос Квантовая космология Квантовое дифференциальное исчисление Квантовая динамика Квантовая геометрия Проблема квантового измерения Квантовый разум Квантовое стохастическое исчисление Квантовое пространство-время
Технология	Квантовые алгоритмы Квантовый усилитель Сколько автобусов? Квантовые клеточные автоматы Сколько здесь роботов? Квантовый канал Сколько это происходит? Квантовая теория сложности Квантовые вычисления Хронология Квантовая криптография Квантовая электроника Квантовая коррекция ошибок Квантовая визуализация Квантовая обработка изображений Квантовая информация Квантовое распределение ключей Квантовая логика Квантовые логические вентили Квантовая машина Квантовое машинное обучение Квантовый метаматериал Квантовая метрология Квантовая сеть Квантовая нейронная сеть Квантовая оптика Квантовое программирование Квантовое зондирование Столько же, сколько притворщик Квантовая телепортация
Расширения	Квантовая флуктуация Эффект Казимира Квантовая статистическая механика Квантовая теория поля История Квантовая гравитация Релятивистская квантовая механика
Связанный	кот Шредингера в популярной культуре друг Вигнера ЭПР-парадокс Квантовый мистицизм
Категория

v т и Основные разделы физики
Подразделения	Чистый Применяемый Инженерное дело
Подходы	Экспериментальный Теоретический вычислительный
Классический	Классическая механика Ньютоновский Аналитический Небесный Континуум Акустика Классический электромагнетизм Классическая оптика Рэй Волна Термодинамика Статистический Неравновесный
Современный	Релятивистская механика Особенный Общий Ядерная физика Квантовая механика Физика элементарных частиц Атомная, молекулярная и оптическая физика Атомный Молекулярный Современная оптика Физика конденсированного состояния
Междисциплинарный	Астрофизика Физика атмосферы Биофизика Химическая физика Геофизика Материаловедение Математическая физика Медицинская физика Физика океана Квантовая информатика
Связанный	История физики Нобелевская премия по физике Философия физики Физическое образование Хронология физических открытий