Аннотация.

В статье рассмотрены некоторые базовые понятия и представления квантовой информатики. Большое внимание уделено ключевым свойствам квантовых систем – квантовой суперпозиции и квантовой запутанности, позволяющим реализовать преимущество квантовых параллельных вычислений и квантовых сетей. Излагается коммуникационный протокол квантовой телепортации. Обсуждаются некоторые результаты создания квантовых сетей и квантовых компьютеров.

Ключевые слова:

квантовые вычисления, кубит, квантовая суперпозиция, квантовая запутанность.

Стр. 34-44.

Полная версия статьи в формате pdf. 

Литература

1. Шрёдингер Э. 2400 лет квантовой теории // Шрёдингер Э. Избранные труды по квантовой механике. М.:Наука, 1976. С.254–260.
2. Экерт А., Жизан Н., Хаттнер Б., Инамори Х., Вайнфуртер Х. Квантовая криптография // Физика квантовой информации. Под ред. Боумейстера Д., Экерта А., Цайлингера А. М.: Постмаркет, 2002.
3. Стин Э. Квантовые вычисления. Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 2000.
4. Wiesner S. Conjugate coding. SIGART News. 1983. 15.78–88.
5. Холево А.С. Некоторые оценки для количества информации, передаваемого квантовым каналом связи // Проблемы передачи информации. 1973. Т.9. №3. С.3–11.
6. Манин Ю.И. Вычислимое и невычислимое. М.: Сов. радио, 1980. С. 15.
7. Benioff P. The computer as a physical system: a microscopic quantum mechanical Hamiltonian model of computers as represented by Turing machines // J. Stat. Phys. 1980. 22. 563.
8. Бенёв П. Квантовомеханические гамильтоновы модели машин Тьюринга // Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Т.2. / Пер. с англ. – Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 1999. C.53–95. (Benioff P. Quantum mechanical Hamiltonian models of Turing machines // J. Stat. Phys. 1982. 29. 515–546.)
9. Benioff P. Quantum mechanical model of Turing machines that dissipate no energy // Phys. Rev. 1982. Lett.48. 1581–1585.
10. Фейнман Р. Моделирование физики на компьютерах // Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Т.2. / Пер. с англ. – Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 1999. C.96–124. (Feynman R. Simulating physics with computers // International Journal of Theoretical Physics. 1982. V.21. No 6/7, P.467–488.)
11. Wootters W.K., Zurek W.H. A single quantum cannot be cloned // Nature. 299. 802–803 (1982).
12. Dieks D. Communication by EPR devices // Physics Letters. A 92 (6). 271–272.
13. Feynman R. Quantum mechanical computers // Optics News. February. 1985.
14. Дойч Д. Квантовая теория, принцип Чёрча – Тьюринга и универсальный квантовый компьютер // Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Т.2. / Пер. с англ. – Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 1999. C.157–189. (Deutsch D. Quantum theory, the Church – Turing principle and the universal quantum computer // Proc. Roy. Soc. Lond. 1985. A400, P. 97–117.)
15. Deutsch D. Quantum computational networks // Proc. Roy. Soc. London. 1989. A 425. 73–90.
16. Шор П. Полиномиальные по времени алгоритмы разложения числа на простые множители и нахождения дискретного алгоритма для квантового компьютера // Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Т.II. / Пер. с англ. – Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 1999. С.200–247. (Shor P.W. Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer // SIAM Journal on Computing. 26. 5. 1484–1509.)
17. Гуц А.К. Основы квантовой кибернетики. Омск: КАН, 2008.
18. Холево А.С. Введение в квантовую теорию информации. М.: МЦНМО, 2013.
19. Гровер Л.K. Квантовая механика помогает найти иголку в стоге сена // Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Т.I. / Пер. с англ. – Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 1999. С.101–109. (Grover L.K. Quantum mechanics helps in searching for a needle in a haystack // Phys. Rev. Lett. 79. 325–328.)
20. Jozsa R., Schumacher B. A new proof of the quantum noiseless coding theorem // J. Mod. Optics. 41. 2343–2349. 1994.
21. Schumacher B. Quantum coding // Phys. Rev. A. 51. 2738–2747. 1995.
22. Качаев И.А. Квантовые вычисления. Протвино: Препринт ИФВЭ, 2001.
23. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Вып.3, 8. М.: Мир, 1966.
24. Боумейстер Д., Цайлингер А. Физика квантовой информации: основные понятия // Физика квантовой информации. Под ред. Боумейстера Д., Экерта А., Цайлингера А. М.: Постмаркет, 2002.
25. Гейзенберг В. Развитие квантовой механики // Современная квантовая механика. Три нобелевских доклада. М.-Л.: Гостехиздат, 1934.
26. Кронберг Д.А., Ожигов Ю.И., Чернявский А.Ю. Квантовая информатика и квантовый компьютер. М.: Макс Пресс, 2011.
27. Нильсен М., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация. М.: Мир, 2006.
28. Шрёдингер Э. Современное состояние квантовой механики / Пер. с нем. // Успехи химии. 1936. Т.5. С.390 (395–442). (Schrödinger E. Die gegenwӓrtige Situation in der Quantenmechanik // Naturwissenschaften. 1935. 23. P. 807–812. 823–828. 844–849. Engl. transl.: John D. Trimmer. Proceedings of the American Philosophical Society. 124. 323–338. 1980. Reprinted in: Quantum Theory and Measurement. P.152. 1983.)
29. Килин С.Я. Квантовая информация // Успехи физических наук. 1999. Т.169. №5. С.507–527.30. Эйнштейн А., Подольский Б., Розен Н. Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным? / Пер. с англ. // Успехи физических наук. 1936. Т.16. Вып.4. (Einstein A., Podolsky B., Rosen N. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete? // Phys. Rev. American Physical Society. 1935. Vol. 47. Iss. 10. P. 777–780.) URL: http://ufn.ru/ufn36/ufn36_4/Russian/r364_b.pdf
31. Дойч Д. Структура реальности. Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 2001.
32. Greenberger D.M., Horne M.A., Zeilinger A. Multiparticle Interferometry and the Superposition Principle. Phys. Today. 46 (8). 22. 1993.
33. Bennett Ch., Brassard G. et al. Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein–Podolsky–Rosen channels // Physical Review Letters. 70. 1895. (1993).
34. Боувмеестер Д., Ян-Вэй Пан, Маттл К., Эйбл М., Вайнфуртер Г., Цайлингер А. Экспериментальная квантовая телепортация / Пер. с англ. // Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Т.I. Ижевск: «Регулярная и хаотическая динамика», 1999. С.114–129. (Bouwmeester D., Pan J.-W., Mattle K., Eibl M., Weinfurtner H., Zeilinger A. Experimental Quantum Teleportation. Nature. London. 390. 575. 1997.)
35. Боумейстер Д., Вайнфуртер Х., Цайлингер А. Квантовая плотная кодировка и квантовая телепортация // Физика квантовой информации. Под ред. Боумейстера Д., Экерта А., Цайлингера А. М.: Постмаркет, 2002.
36. Квантовая криптография // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовая_криптография
37. Grosshans F. Quantum communications: Teleportation becomes streetwise // Nature Photonics. 10. 623–625.
(2016). URL: http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n10/pdf/nphoton.2016.190.pdf
38. Qi-Chao Sun, Ya-Li Mao, Si-Jing Chen et al. Quantum teleportation with independent sources and prior entanglement distribution over a network // Nature Photonics. 10. 671–675. (2016). URL:
http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n10/pdf/nphoton.2016.179.pdf
39. Квантовый компьютер // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовый_компьютер
40. D-Wave Systems // URL: https://en.wikipedia.org/wiki/DWave_Systems
41. D-Wave Systems Previews 2000-Qubit Quantum System
// URL: http://www.dwavesys.com/press-releases/d-wavesystems-previews-2000-qubit-quantum-system
42. Добрынин C. Квантовое ускорение // URL: http://www.svoboda.org/a/27423981.html
43. Google experiments suggest that the D-Wave computer exploits quantum phenomena // URL:
http://news.mit.edu/2015/3q-scott-aaronson-googlequantum-computing-paper-1211