Ciencia de la información cuántica

La ciencia de la información cuántica es un campo interdisciplinario que busca comprender el análisis, el procesamiento y la transmisión de información utilizando los principios de la mecánica cuántica. Combina el estudio de la ciencia de la información con los efectos cuánticos en la física. Incluye cuestiones teóricas en modelos computacionales y temas más experimentales en física cuántica, incluido lo que se puede y no se puede hacer con información cuántica. También se utiliza el término teoría de la información cuántica, pero no abarca la investigación experimental y puede confundirse con un subcampo de la ciencia de la información cuántica que aborda el procesamiento de la información cuántica.

Estudios científicos y de ingeniería.

Para comprender la teletransportación cuántica, el entrelazamiento cuántico y la fabricación de hardware informático cuántico se requiere un conocimiento profundo de la física y la ingeniería cuánticas. Desde la década de 2010, ha habido un progreso notable en la fabricación de computadoras cuánticas, con compañías como Google e IBM invirtiendo fuertemente en la investigación de hardware de computadoras cuánticas. Hoy es posible construir una computadora cuántica con más de 100 qubits. Sin embargo, la tasa de error es muy grande debido a la falta de material adecuado para la fabricación de computadoras cuánticas. Los fermiones de Majorana pueden ser uno de los materiales clave que faltan (Chiu et al., Rev. Mod. Phys. 88, 2016).

Ya se han comercializado dispositivos para criptografía cuántica. Hay un código antiguo llamado libreta de una sola vez muy utilizado entre los espías en la era de la Guerra Fría. Utiliza una larga secuencia de claves aleatorias. Si dos personas intercambiaron las mismas claves aleatorias de forma segura, es posible descifrar un bloc de notas de una sola vez solo por accidente. Sin embargo, los problemas de intercambio de claves se pueden resolver mediante el uso de pares de partículas entrelazadas cuánticas en el intercambio. Las leyes de la mecánica cuántica, como el teorema de no clonación y el colapso de la función de onda, proporcionan la base para el intercambio seguro de claves aleatorias. Por lo tanto, la fabricación de dispositivos que puedan transportar partículas entrelazadas cuánticas es un importante objetivo científico y de ingeniería.

También se necesitan lenguajes de programación para computadoras cuánticas. Qiskit, Cirq y Q Sharp son lenguajes de programación cuánticos populares.

Temas matemáticos relacionados

El algoritmo cuántico y la teoría de la complejidad cuántica son dos de los temas de algoritmos y teoría de la complejidad computacional. En 1994, el matemático Peter Shor publicó su algoritmo de factorización prima. Si uno tiene una computadora cuántica de 4.000 qubits lógicos, puede amenazar los cifrados más utilizados, como RSA y ECC, utilizando el algoritmo de Shor. Puede resultar en serios problemas de seguridad para muchos países. Por lo tanto, su artículo provocó una gran inversión en la investigación de la computación cuántica. Muchos matemáticos y criptólogos se están preparando para entrar en la era de la computación cuántica. Ver criptografía cuántica posterior.