تاریخچه [ ویرایش ]

برای راهنمای زمانی، جدول زمانی محاسبات کوانتومی و ارتباطات را ببینید.

برای سال‌های متمادی، رشته‌های مکانیک کوانتومی و علوم کامپیوتر جوامع دانشگاهی مجزایی را تشکیل دادند. [3] نظریه کوانتومی مدرن در دهه 1920 توسعه یافت تا دوگانگی موج-ذره مشاهده شده در مقیاس اتمی را توضیح دهد، [4] و کامپیوترهای دیجیتال در دهه های بعدی به وجود آمدند تا جایگزین کامپیوترهای انسانی برای محاسبات خسته کننده شوند. [5] هر دو رشته در طول جنگ جهانی دوم کاربردهای عملی داشتند . کامپیوترها نقش مهمی در رمزنگاری زمان جنگ داشتند ، [6] و فیزیک کوانتومی برای فیزیک هسته ای ضروری بود.در پروژه منهتن استفاده شده است . [7]

همانطور که فیزیکدانان مدل های مکانیکی کوانتومی را برای مسائل محاسباتی به کار بردند و بیت های دیجیتال را با بیت های کوانتومی ( کیوبیت ) مبادله کردند، زمینه های مکانیک کوانتومی و علوم کامپیوتر شروع به همگرایی کردند. در سال 1980، پل بنیوف ماشین تورینگ کوانتومی را معرفی کرد که از نظریه کوانتومی برای توصیف یک کامپیوتر ساده شده استفاده می کند. [8] هنگامی که رایانه‌های دیجیتال سریع‌تر شدند، فیزیکدانان هنگام شبیه‌سازی دینامیک کوانتومی با افزایش نمایی سربار مواجه شدند ، [9] که یوری مانین و ریچارد فاینمن را برانگیخت.به طور مستقل پیشنهاد می کند که سخت افزار مبتنی بر پدیده های کوانتومی ممکن است برای شبیه سازی کامپیوتری کارآمدتر باشد. [10] [11] [12] در مقاله ای در سال 1984، چارلز بنت و ژیل براسارد نظریه کوانتومی را برای پروتکل های رمزنگاری اعمال کردند و نشان دادند که توزیع کلید کوانتومی می تواند امنیت اطلاعات را افزایش دهد. [13] [14]

پیتر شور (تصویر اینجا در سال 2017) در سال 1994 نشان داد که یک کامپیوتر کوانتومی مقیاس پذیر می تواند رمزگذاری RSA را بشکند .

سپس الگوریتم‌های کوانتومی برای حل مسائل اوراکل پدیدار شدند ، مانند الگوریتم دویچ در سال 1985، [15] الگوریتم برنشتاین-وزیرانی در سال 1993، [ 16] و الگوریتم سیمون در سال 1994. می توان اطلاعات بیشتری را با پرس و جو از یک جعبه سیاه در برهم نهی بدست آورد که گاهی اوقات به عنوان موازی کوانتومی از آن یاد می شود . [18] پیتر شور با الگوریتم‌های سال 1994 خود برای شکستن RSA پرکاربرد بر اساس این نتایج ساخته شد. و پروتکل های رمزگذاری دیفی-هلمن ، [19] که توجه قابل توجهی را به حوزه محاسبات کوانتومی جلب کرد. [20] در سال 1996، الگوریتم گروور یک افزایش سرعت کوانتومی را برای مشکل جستجوی بدون ساختار به طور گسترده ایجاد کرد. [21] [22] در همان سال، ست لوید ثابت کرد که رایانه‌های کوانتومی می‌توانند سیستم‌های کوانتومی را بدون سربار نمایی موجود در شبیه‌سازی‌های کلاسیک شبیه‌سازی کنند، [23] که حدس فاینمن در سال 1982 را تأیید کرد. [24]

در طول سال‌ها، آزمایش‌گران کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس کوچک را با استفاده از یون‌های به دام افتاده و ابررساناها ساخته‌اند . [25] در سال 1998، یک کامپیوتر کوانتومی دو کیوبیت امکان‌سنجی این فناوری را نشان داد، [26] [27] و آزمایش‌های بعدی تعداد کیوبیت‌ها را افزایش داده و نرخ خطا را کاهش داد. [25] در سال 2019، هوش مصنوعی گوگل و ناسا اعلام کردند که با یک ماشین 54 کیوبیتی به برتری کوانتومی دست یافته اند و محاسباتی را انجام می دهند که برای هر کامپیوتر کلاسیک غیرممکن است. [28] [29] [30]با این حال، صحت این ادعا هنوز به طور فعال در حال تحقیق است. [31] [32]

به گفته برخی از محققان، ماشین‌های کوانتومی مقیاس متوسط ​​پر سر و صدا ( NISQ ) ممکن است در آینده نزدیک کاربردهای تخصصی داشته باشند، اما نویز در دروازه‌های کوانتومی قابلیت اطمینان آنها را محدود می‌کند. [33] قضیه آستانه نشان می‌دهد که چگونه افزایش تعداد کیوبیت‌ها می‌تواند خطاها را کاهش دهد، [34] اما محاسبات کوانتومی کاملاً متحمل خطا «رویایی نسبتاً دور» باقی می‌ماند. [33] برآوردها نشان می‌دهد که یک کامپیوتر کوانتومی با نزدیک به 3 میلیون کیوبیت تحمل‌پذیر خطا، می‌تواند یک عدد صحیح 2048 بیتی را در مدت پنج ماه محاسبه کند. [35] [36]

در سال های اخیر، سرمایه گذاری در تحقیقات محاسبات کوانتومی در بخش های دولتی و خصوصی افزایش یافته است. [37] [38] همانطور که یک شرکت مشاوره خلاصه کرد، [39]

... دلارهای سرمایه گذاری سرازیر می شوند و استارت آپ های محاسبات کوانتومی در حال افزایش هستند. ... در حالی که محاسبات کوانتومی به کسب و کارها کمک می کند تا مشکلاتی را حل کنند که فراتر از دسترس و سرعت رایانه های معمولی با کارایی بالا هستند ، موارد استفاده در این مرحله اولیه تا حد زیادی تجربی و فرضی هستند.