Kvanttiinformaatio

Kvanttiinformaatio on tieteenala, joka tutkii tiedon tallentamisen, siirtämisen ja käsittelemisen mahdollisuuksia kvanttisilla järjestelmillä. Sen keskeinen resurssi on kubitti, kvanttitila, joka voi olla superpositiossa ja olla toisiinsa kytkettyjä eli entanglementissa. Kvanttitilojen ominaisuudet mahdollistavat uudenlaisia tietojenkäsittelyn ja viestinnän periaatteita verrattuna klassiseen informaatioon.

Tilojen kuvaaminen ja mittaaminen ovat keskeisiä kvantti-informaation osatekijöitä. Kvanttitila kehittyy yksikköoperaatioilla, ja mittaus muuttaa tilaa usein tuhoamalla osan tiedosta. No-cloning-teoreema sanoo, ettei tuntematonta kvanttitilaa voi kopioida identtisesti, mikä vaikuttaa tiedon hallintaan ja virheenkäsittelyyn. Yleisesti käytetään tiivistettyä kuvausta density-matriiseista epävarmuuksien hyvinä kuvauksina.

Kvanttianalyysissä ja -laskennassa kvanttiprosessit perustuvat yksikköoperaatioihin ja interferenssiin. Joillakin ongelmilla kvanttilaskenta tarjoaa eksponentiaalista nopeutta klassiseen verrattuna, kuten Shorin algoritmi faktorisoinnissa ja Groverin haku. Kvanttitiedonsiirrossa käytetään kvanttitila-teleportlaatiota sekä kvanttiavainten jakamista (QKD), jossa protokollat kuten BB84 ja E91 hyödyntävät mittauksen aiheuttamaa disturbancea turvallisuuden takaamiseksi.

Käytännön toteutukset alkavat useista alustoista, kuten fotonisista kubitteista, trapped-iona- ja supralevytetyistä kubiteista. Haasteina ovat decoherence sekä virheiden aiheuttama tiedon menettäminen; ratkaisuja etsitään kvantti-virheenkorjausmenetelmillä ja fault-tolerance -koodauksilla, esimerkiksi surface-koodilla. Kvantti-informaation tutkimus on edelleen kehittyvä ala, jossa yhdistyvät teoria, teknologia ja tietoturva, ja sen vaikutukset ulottuvat sekä tieteeseen että tuleviin teknologioihin.