Korisnik:Palapa/Kvantna informatička nauka

Kvantna informaciona nauka je interdisciplinarna oblast koja nastoji da razumije analizu, obradu i prenos informacija koristeći principe kvantne mehanike. Kombinuje proučavanje informatičkih nauka sa kvantnim efektima u fizici. Uključuje teorijska pitanja u računskim modelima i više eksperimentalnih tema u kvantnoj fizici, uključujući ono što se može, a šta ne može učiniti s kvantnim informacijama. Termin kvantna teorija informacija se također koristi, ali ne uspijeva da obuhvati eksperimentalno istraživanje, i može se pomiješati sa podoblasti kvantne informatičke nauke koja se bavi obradom kvantnih informacija.

Za razumijevanje kvantne teleportacije, kvantne isprepletenosti i proizvodnje kvantnog računarskog hardvera potrebno je temeljito razumijevanje kvantne fizike i inženjerstva. Od 2010-ih, došlo je do značajnog napretka u proizvodnji kvantnih računara, a kompanije poput Googlea i IBM- a ulažu velika sredstva u istraživanje hardvera kvantnih računara. Danas je moguće napraviti kvantni računar sa više od 100 kubita. Međutim, stopa grešaka je vrlo velika zbog nedostatka materijala pogodnog za proizvodnju kvantnih kompjutera. Majorana fermioni mogu biti jedan od ključnih materijala koji nedostaju (Chiu et al., Rev. Mod. Phys. 88, 2016.)

Uređaji za kvantnu kriptografiju su već komercijalizirani. Postoji stara šifra koja se zove jednokratna tablica koja se široko koristila među špijunima u eri Hladnog rata. Koristi dugi niz nasumičnih ključeva. Ako su dvije osobe bezbjedno razmijenile iste nasumične ključeve, moguće je dešifrirati jednokratni vremenski blok samo slučajno. Međutim, ključni problemi razmjene mogu se riješiti korištenjem kvantnih isprepletenih parova čestica u razmjeni. Kvantnomehanički zakoni kao što su teorema o zabrani kloniranja i kolaps talasne funkcije pružaju osnovu za sigurnu razmjenu slučajnih ključeva. Stoga je proizvodnja uređaja koji mogu transportovati kvantno zapletene čestice važan naučni i inženjerski cilj.

Programski jezici za kvantne računare su također potrebni. Qiskit, Cirq i Q Sharp su popularni kvantni programski jezici.

Povezani matematički pojmovi

Kvantni algoritam i kvantna teorija složenosti su dva predmeta u algoritmima i teoriji računske složenosti. Godine 1994. matematičar Peter Shor je objavio svoj algoritam osnovne faktorizacije. Ako neko ima kvantni kompjuter od 4.000 logičkih kubita, može ugroziti najčešće korišćene šifre kao što su RSA i ECC korišćenjem Šorovog algoritma. To može dovesti do ozbiljnih sigurnosnih problema za mnoge zemlje. Stoga je njegov rad pokrenuo mnoga ulaganja u istraživanje kvantnog računarstva. Mnogi matematičari i kriptolozi se pripremaju za ulazak u eru kvantnog računarstva. Vidi post kvantnu kriptografiju .