Введение в квантовую информатику

Квантовая информатика (некоторые авторы используют термин "квантовая информация") --- это новое направление науки и техники, возникшее на стыке квантовой механики и теории информации. Оно включает в себя три основных направления:

- квантовые вычисления;

- квантовая телепортация;

- квантовая криптография.

Последние два направления иногда объединяют под общим названием "квантовая коммутация".

Квантовая телепортация ставит своей целью передачу квантового состояния из одной точки в другую, используя лишь классический канал. В противоположность этому квантовая криптография предназначена для передачи классической информации с использования квантового канала. Точнее говоря, она лишь формирует общий секретный ключ (а передача классической информации происходит уже обычным способом по принципа асимметричной криптографии). Надежность квантовой криптографии базируется на теореме о невозможности клонирования неортогональных квантовых состояний. Квантовая криптография в настоящее время является наиболее практическим направлением в квантовой информатике ею занимается большое количество исследовательских центров по всему миру.

Квантовые вычисления составляют отдельное направление, которое занимается разработкой и реализацией квантовых алгоритмов. Специфика квантовых алгоритмов в сравнении с обычными заключается в использовании квантового параллелизм, что в теории должно экспоненциально повысить быстродействие. Однако чтобы столь "эффективно" исполнять квантовые алгоритмы, нужны квантовые компьютеры. С последними есть "небольшая" проблема, что связано с проблемой декогеренции суперпозиционного состояния. Существующие лабораторные образцы столь примитивны, что едва ли можно говорить о их практическом применении в ближайшем будущем. С проблемой декогеренции можно бороться с помощью квантовых кодов коррекции ошибок, но не столько успешно, как хотелось бы. Следует отметить, квантовые алгоритмы можно в принципе симулировать и на классических устройствах, и иногда они даже дают выйгрыш по сравнению с классическими алгоритмами.

Отдельно можно выделить направление, которое занимается изучением фундаментальных принципов преобразования, хранения и передачи информации в квантовых системах. Это то, что называется "квантовой теорией информации".

Еще одно относительно новое и активно развивающееся направление квантовой информатики --- квантовые нейронные сети.

Близкая область к квантовой информатики, но тем не менее ее обычно ставят отдельно, --- это квантовая логика. Вместе с квантовой информатикой они составляют предмет квантовой кибернетики.

В течение последних ста лет квантовая механика из фундаментальной науки, созданной, чтобы раскрыть тайны микромира, начинает превращаться прикладную науку, уже нашедшую массу важных технических применений. Среди них в первую очередь следует упомянуть резонансно-туннельные транзисторы и магниторезистивные головки жестких магнитных дисков.

По квантовой теории информации и вычислений к настоящему времени написана масса как русскоязычной, так и зарубежной литературы. Однако далеко не вся она удовлетворяет нашим запросам.