量子工学

量子安全通信は、ショアのアルゴリズムを使用して現在の暗号システムを破る量子コンピューティングシステムの出現時に「量子安全」であると仮定されている方法です。これは、量子鍵配送（QKD）、量子乱数発生器の使用、量子高密度符号化、量子テレポーテーションなどの多くの技術によって行われます。 ^{[ 13 ]}量子鍵配送（QKD）は、もつれた光を使用して情報を送信する方法で、送信の傍受がユーザーに明らかになります。量子乱数発生器を使用できます。これは、ランダム性を模倣する非量子アルゴリズムとは異なり、真の乱数を生成できます。^{[ 14 ]}量子高密度符号化と呼ばれる技術も使用できます。これは、2 つの古典的なコンピュータビットの代わりに 1 つの量子ビットを使用します。これにより、もつれによってチャネル容量が増強されます。量子ビットはコピーできないことに注意することが重要です。^{[ 13 ]}  量子コンピューティングは、古典的なコンピュータビットの代わりに量子ビットと呼ばれる基本的な情報単位を使用します。量子ビットは、1、0、またはこれらの状態の任意の重ね合わせの値を持つと表現できる2準位量子システムです。^{[ 15 ] [ 16 ]}量子ビットは、量子システムの特性を測定するとシステムが変化するという観測者効果のため、コピーできません。量子テレポーテーションは、量子ビットの量子状態を粒子自体を直接送信することなく長距離にテレポーテーションする別の技術です。^{[ 13 ]}

量子コンピュータは、最適化や機械学習などの分野で重要な用途があると仮説が立てられています。量子コンピュータは、大きな数を素因数分解し、データ伝送のセキュリティ確保に使用される現代の暗号化の一部を支えるショアのアルゴリズムを実行できると期待されていることで最もよく知られています。この能力により、比較的小型の量子コンピュータが、特定の数学的問題において、最大級のスーパーコンピュータの一部を凌駕する可能性があります。^{[ 17 ]}

量子シミュレータは、化学化合物などの現実世界のシステムをシミュレートすることを目的とした量子コンピュータの一種です。^{[ 18 ] [ 19 ]} 量子シミュレータのアイデアは、1982年にリチャード・ファインマンによって初めて発表されました。^{[ 16 ]}量子シミュレータは、すべてのコンポーネントを完全に制御する必要がないため、汎用量子コンピュータに比べて構築が簡単です。^{[ 18 ]}現在開発中の量子シミュレータには、光格子内の超低温原子、トラップされたイオン、超伝導量子ビットのアレイなどがあります。^{[ 18 ]}

量子機械学習も提案されている。その例として、量子原理を用いてデータをクラスタにグループ化する量子クラスタリングと、データを圧縮して後で再構築できる量子オートコーダーが挙げられる。^{[ 17 ]}

量子センシングは、特定の量子特性を利用して非常に精密な測定を行います。例えば、中性原子や「トラップされたイオン」などの量子システムは、比較的容易に操作でき、既知の状態にすることができるため、量子センサーとして利用されています。量子センサーは、さまざまな量子システムを使用して測定値を取得します。^{[ 20 ]}量子センサーは、測位システム、通信技術、電場および磁場センサー、重力測定など、幅広い技術分野で多くの応用が期待されています。^{[ 21 ]}

量子センサーは、土木工学や計測学において、ある地域の未知の地下状態を特定するのに役立つものとして検討されている。量子センサーは、地中レーダー、磁気測定、電気抵抗率、音響測定を補完する。これは、量子重力測定を使用して測定を行うことによって行われる。^{[ 22 ] [ 23 ]}

量子センサーは、動脈や臓器の伝導率、ニューロンの発火、化学療法の進行、体内の同位体などを検出するために、医療分野で検討されています。これは、スピンエンタングルメント、原子スピンを磁気センサーとして使用すること、スクイーズドライトなどの技術によって行われます。これらの技術によって得られる情報は、心臓の問題、栄養失調、初期の骨粗鬆症、腎臓病、および特定のがんの診断に使用できます。^{[ 24 ]}