Квантовая информатика

Квантовая информатика — раздел науки, возникший в конце XX века на стыке квантовой механики, теории алгоритмов и теории информации. В квантовой информатике изучаются общие принципы и законы, управляющие динамикой сложных квантовых систем. Моделью таких систем является квантовый компьютер.

Квантовая информатика включает в себя вопросы квантовых вычислений и квантовых алгоритмов, физику квантовых компьютеров, квантовой криптографии и квантовой теории информации, непосредственно касается оснований квантовой теории, в частности, проблемы измерений и описания декогерентности. Важнейшим физическим явлением, которое изучается в квантовой информатике, являются запутанные квантовые состояния и порождаемые ими нелокальные свойства квантовой физики многих тел.

Базовым понятием классической теории информации является бит, принимающий значения 0 или 1. Квантовая информация представляется в кубитах (англ. quantum bit). Кубиты могут находиться в состоянии, являющемся суперпозицией 0 и 1. Несколько кубитов могут быть в запутанном состоянии (англ. entangled).

Важнейшие приложения квантовой информатики:

• квантовая криптография — этот раздел развился до уровня коммерческих систем криптографии, активно применяемых для обеспечения секретности передачи информации;
• технологии запутанных состояний — надёжное получение, верификация и изучение свойств запутанных состояний до десятка частиц (фотоны, зарядовые состояния электронов и куперовских пар, спины электронов и ядер), есть отдельные приложения в работающих приборах. Работающие прообразы квантового компьютера (малокубитные — до 10 кубитов — квантовые процессоры).
• компьютерное моделирование систем многих частиц — наименее разработанный раздел, он включает гипотетический симулятор химии и моделирование сложных систем на квантовом уровне, например, вычислительная модель квантового процессора с декогерентностью; пока моделирование ведётся только с использованием классических симуляторов квантового компьютера и с большим распараллеливанием, есть отдельные серьёзные результаты, например, решение квантовой проблемы трех тел.

См. также

• Квантовая информация
• Квантовый компьютер
• Квантовая память
• Квантовый алгоритм
  • Алгоритм Шора
  • Алгоритм Гровера
  • Алгоритм Залки — Визнера
  • Алгоритм Дойча — Йожи
• Квантовое распределение ключей

Литература

• Mario Krenn, Mehul Malik, Thomas Scheidl, Rupert Ursin, Anton Zeilinger. Quantum communication with photons (англ.) // Optics in Our Time. — 2016. — P. 455–482. — doi:10.1007/978-3-319-31903-2_18. — arXiv:1701.00989.

Ссылки

• Quantiki Архивная копия от 3 апреля 2010 на Wayback Machine — портал квантовой информатики c wiki (англ.);
• ERA-Pilot QIST WP1 — европейская дорожная карта по квантовой обработке и передаче информации (англ.);
• QIIC Архивная копия от 13 апреля 2016 на Wayback Machine — квантовая информатика, Имперский колледж Лондона (англ.);
• QIP — квантовая информационная группа, университет Лидса. Занимается исследованием широкого спектра направлений квантовой информатики (англ.);
• mathQI Архивная копия от 22 января 2018 на Wayback Machine — исследовательская группа по математике и квантовой информатике (англ.);
• CQIST Архивная копия от 28 июня 2010 на Wayback Machine — Центр квантовой информатики и технологий в Университете Южной Калифорнии (англ.);
• CQuIC Архивная копия от 20 августа 2021 на Wayback Machine — Центр квантовой информатики и контроля, включает теоретические и экспериментальные группы из университета Нью-Мексико и университета Аризоны (англ.);
• CQT Архивная копия от 20 марта 2021 на Wayback Machine — Центр квантовых технологий в Национальном университете Сингапура (англ.);
• CQC2T Архивная копия от 13 августа 2021 на Wayback Machine — Центр квантовых вычислений и коммуникаций (англ.).