Введение

Информация-это не просто математическое понятие, она всегда имеет физическое воплощение: информация хранится, передаётся, принимается и обрабатывается с помощью физических средств. Такие физические основы информации в традиционной теории информации следуют законам классической физики, а в квантовой теории - квантовым законам. Следовательно, концепцию информации и вычисления можно формулировать в контексте физических теорий, а изучение информации требует, в конечном счёте, проведения физических экспериментов.

Закон Мура - это эмпирический закон, согласно которому число транзисторов в кристалле одной интегральной схемы в течение первых 15 лет удваивалось каждый год, а затем и до сих пор такое удвоение происходит за 1.5 года. Если первые кремниевые микросхемы имели размеры элементов в плоскости кристалла порядка десятков микрон, то современные образцы характеризуются размерами порядка 100 нм, а контроль осуществляется с точностью порядка 10 нм. Согласно закону Мура через некоторое время размеры интегральной схемы станут порядка атомных, и, следовательно, законы их функционирования будут определяться законами микромира, т.е. квантовой механикой.

В 1982 году Р. Фейнман поставил вопрос о том, каким должен быть компьютер, способный моделировать природу на её фундаментальном уровне с более полным и глубоким описанием реальности. Фейнман пришёл к выводу, что такой компьютер должен быть квантовым. При этом, если существующие компьютеры работают по законам квантовой физики – в электронике используются законы квантовой физики, но в классическом режиме, то квантовый компьютер должен и работать в квантовом режиме. Квантовые эффекты вообще приводят к качественно новым вычислениям (компьютингу), к значительному продвижению криптографии и к квантовым компьютерам, а также к новым средствам связи.

В последние десятилетия происходит создание теоретических и экспериментальных основ новой научной дисциплины - квантовой теории информации. Она возникла на стыке квантовой механики, квантовой оптики, оптики атомных пучков, физики взаимодействия излучения с веществом, дискретной математики, теоретической информатики. В последние два десятилетия были проведены эксперименты, в которых с небывалой точностью управляли единичными квантовыми частицами разного типа. Новые экспериментальные методики позволяют сохранить и обработать информацию, закодированную в индивидуальных квантовых системах.

Появление этого нового научного направления, с одной стороны, обусловлено внутренней логикой дальнейшего развития квантовой физики и других направлений физики. История науки показывает, что фундаментальные исследования значительно опережают прикладное применение новых открытий. Необходимость развития квантовой физики по созданию квантового компьютера была обусловлена также практическими потребностями значительного увеличения быстродействия компьютеров по сравнению с существующими, а также значительного прогресса в криптографии. Это новое направление охватывает как фундаментальную физику, так и возможности применения результатов в компьютерной и коммуникационной индустрии.

Более того, работы по квантовой теории информации могут привести к дальнейшему пониманию принципиальных основ квантовой физики, а, возможно, и к более глубокому пониманию фундаментальных законов физики и реальности вообще. Квантовая информатика может сыграть роль решающих экспериментов для более глубокой интерпретации квантовой физики, либо даст толчок к зарождению новой теории, либо позволит более глубоко раскрыть потенциал уже существующей и используемой теории.