Квантовая информатика — это междисциплинарная область, которая стремится понять анализ, обработку и передачу информации с использованием принципов квантовой механики . Он сочетает изучение информатики с квантовыми эффектами в физике. Он включает в себя теоретические вопросы вычислительных моделей и другие экспериментальные темы квантовой физики, включая то, что можно и что нельзя делать с квантовой информацией . Термин квантовая теория информации также используется, но он не охватывает экспериментальные исследования, и его можно спутать с подобластью науки о квантовой информации, которая занимается обработкой квантовой информации.
Чтобы понять квантовую телепортацию , квантовую запутанность и производство оборудования для квантовых компьютеров , требуется глубокое понимание квантовой физики и техники. С 2010-х годов наблюдается значительный прогресс в производстве квантовых компьютеров , и такие компании, как Google и IBM , вкладывают значительные средства в исследования аппаратного обеспечения квантовых компьютеров . Сегодня можно построить квантовый компьютер с более чем 100 кубитами . Однако частота ошибок очень велика из-за отсутствия материала, пригодного для изготовления квантовых компьютеров. майорановские фермионыможет быть одним из ключевых недостающих материалов (Chiu et al., Rev. Mod. Phys. 88, 2016.) [ нужна ссылка ]
Устройства для квантовой криптографии уже поступили в продажу. Существует старый шифр, называемый одноразовым блокнотом , который широко использовался среди шпионов в эпоху холодной войны . Он использует длинную последовательность случайных ключей. Если два человека безопасно обменялись одними и теми же случайными ключами, расшифровать одноразовый блокнот можно только случайно. Однако проблемы обмена ключами можно решить, используя в обмене пары квантово-запутанных частиц. Законы квантовой механики, такие как теорема о запрете клонирования и коллапс волновой функции , обеспечивают основу для безопасного обмена случайными ключами. Поэтому создание устройств, способных транспортировать квантово-запутанные частицы, является важной научной и инженерной задачей.
Необходимы также языки программирования для квантовых компьютеров. Qiskit , Cirq и Q Sharp — популярные языки квантового программирования.
Квантовый алгоритм и теория квантовой сложности являются двумя предметами теории алгоритмов и вычислительной сложности . В 1994 году математик Питер Шор опубликовал свой алгоритм простой факторизации . Если у кого-то есть квантовый компьютер с 4000 логических кубитов , он может угрожать наиболее широко используемым шифрам, таким как RSA и ECC , используя алгоритм Шора . Это может привести к серьезным проблемам с безопасностью для многих стран. Таким образом, его статья вызвала большие инвестиции в исследования квантовых вычислений . Многие математики и криптологи готовятся войти вЭпоха квантовых вычислений . См. постквантовую криптографию .