Kvantový počítač

Kvantový počítač je výpočetní zařízení , které využívá jevů kvantové mechaniky ( kvantová superpozice , kvantové provázání ) k přenosu a zpracování dat. Kvantový počítač (na rozdíl od konvenčního) nepracuje s bity (schopnými nabývat hodnoty 0 nebo 1), ale s qubity , které mají současně hodnoty 0 i 1. Teoreticky to umožňuje zpracování všechny možné stavy současně, čímž je dosaženo významné výhody ( kvantové převahy ) oproti běžným počítačům v řadě algoritmů [1] .

Plnohodnotný univerzální kvantový počítač je stále hypotetickým zařízením, jehož samotná možnost sestavení je spojena se seriózním rozvojem kvantové teorie v oblasti mnoha částic a složitých experimentů; vývoj v této oblasti je spojen s nejnovějšími objevy a úspěchy moderní fyziky . Na konci roku 2010 bylo prakticky implementováno pouze několik experimentálních systémů, které prováděly pevné algoritmy nízké složitosti.

První praktický vysokoúrovňový programovací jazyk pro tento typ počítače je Quipper , založený na Haskell [2] (viz Kvantové programování ).

Úvod

Historie kvantového počítání začala na počátku 80. let, kdy fyzik Paul Benioff v roce 1980 navrhl kvantově mechanický model Turingova stroje.

Myšlenku kvantového počítání vyjádřil také Yuri Manin v roce 1980 [3] .

Jeden z prvních modelů kvantového počítače navrhl [4] Richard Feynman v roce 1981. Paul Benioff brzy popsal teoretický základ pro sestavení takového počítače [5] .

Také koncept kvantového počítače navrhl v roce 1983 Steven Wiesner v článku, který se snažil publikovat více než deset let předtím [6] [7] .

Potřeba kvantového počítače vyvstává, když se snažíme fyzikálními metodami studovat složité mnohočásticové systémy podobné těm biologickým. Prostor kvantových stavů takových systémů roste exponenciálně od počtu reálných částic, které je tvoří, což znemožňuje modelovat jejich chování na klasických počítačích již pro . Wiesner a Feynman proto vyjádřili myšlenku postavit kvantový počítač. $n$ $n=10$

Kvantový počítač nepoužívá pro výpočet běžné (klasické) algoritmy, ale procesy kvantové povahy, tzv. kvantové algoritmy , využívající kvantově mechanické efekty, jako je kvantový paralelismus a kvantové provázání .

Jestliže klasický procesor může být v každém okamžiku přesně v jednom ze stavů ( Diracův zápis ), pak je kvantový procesor současně ve všech těchto základních stavech v každém okamžiku a v každém stavu má svou vlastní komplexní amplitudu . Tento kvantový stav se nazývá „ kvantová superpozice “ daných klasických stavů a označuje se jako $|0\rangle ,|1\rangle ,\ldots ,|N-1\rangle$ $|j\rangle$ $\lambda _{j}$

|\Psi \rangle =\sum \limits _{{j=0}}^{{N-1}}\lambda _{j}|j\rangle .

Základní stavy mohou mít i složitější podobu. Pak lze kvantovou superpozici znázornit například takto: „Představte si atom, který by mohl v určitém časovém období podléhat radioaktivnímu rozpadu. Nebo nebýt vystaven. Můžeme očekávat, že tento atom má pouze dva možné stavy: „rozpad“ a „nerozpad“, <...> ale v kvantové mechanice může mít atom nějaký kombinovaný stav – „rozpad-nerozpad“, tzn. , ani jedno, ani druhé, ale mezi. Tento stav se nazývá „superpozice“ [8] .

Kvantový stav se může v čase měnit dvěma zásadně odlišnými způsoby: $|\psi\rangle$

Unitární kvantová operace (quantum gate, anglicky quantum gate ), dále jen operace.
Měření (pozorování).

Jestliže klasické stavy jsou prostorové pozice skupiny elektronů v kvantových tečkách řízených vnějším polem , pak unitární operace je řešením Schrödingerovy rovnice pro tento potenciál. $|j\rangle$ $PROTI$

Měření je náhodná veličina, která nabývá hodnot s pravděpodobnostmi, resp. Toto je kvantově mechanické Bornovo pravidlo . Měření je jediný způsob, jak získat informace o kvantovém stavu, protože hodnoty jsou pro nás přímo nepřístupné. Měření kvantového stavu nelze redukovat na jednotnou Schrödingerovu evoluci, protože na rozdíl od ní je nevratná. Při měření dochází k tzv. kolapsu vlnové funkce , jehož fyzikální podstata není zcela jasná. Spontánní měření škodlivého stavu během výpočtu vedou k dekoherenci, tedy odchylce od unitární evoluce, která je hlavní překážkou při budování kvantového počítače (viz fyzikální implementace kvantových počítačů ). $|j\rangle ,\ j=0,1,\ldots ,N-1$ $|\lambda _{j}|^{2}$ $\lambda _{j}$ $|\psi\rangle$

Kvantové počítání je sled unitárních operací jednoduchého typu řízený klasickým řídicím počítačem (na jednom, dvou nebo třech qubitech ). Na konci výpočtu je změřen stav kvantového procesoru, který dává požadovaný výsledek výpočtu.

Obsah pojmu „kvantový paralelismus“ ve výpočetní technice lze odhalit následovně: „Data v procesu výpočtu jsou kvantové informace, které se na konci procesu převádějí na klasickou informaci měřením konečného stavu kvantového registru. . Zisk v kvantových algoritmech je dosažen díky tomu, že při aplikaci jedné kvantové operace se současně transformuje velké množství superpozičních koeficientů kvantových stavů, které ve virtuální podobě obsahují klasickou informaci“ [9] .

Teorie

Qubit

Myšlenka kvantového počítání spočívá v tom, že kvantový systém L dvouúrovňových kvantových prvků (kvantové bity, qubity ) má 2 L lineárně nezávislých stavů, což znamená, že díky principu kvantové superpozice je stavový prostor takového kvantový registr je 2 L - rozměrný Hilbertův prostor . Operace v kvantovém počítání odpovídá rotaci stavového vektoru registru v tomto prostoru. Kvantové výpočetní zařízení o velikosti L qubitů tedy ve skutečnosti využívá 2 L klasických stavů současně.

Fyzikální systémy, které implementují qubity, mohou být jakékoli objekty, které mají dva kvantové stavy: polarizační stavy fotonů , elektronové stavy izolovaných atomů nebo iontů , spinové stavy atomových jader a tak dále.

Jeden klasický bit může být v jednom a pouze jednom ze stavů nebo . Kvantový bit, nazývaný qubit, je ve stavu , takže | a |² a | b |² jsou pravděpodobnosti získání 0 nebo 1 při měření tohoto stavu; ; | a |² + | b |² = 1. Ihned po měření přejde qubit do základního kvantového stavu odpovídajícího klasickému výsledku. $|0\rozsah$ $|1\rozsah$ $|\psi \rangle =a\,|0\rangle +b\,|1\rangle$ $a,b\in \mathbb {C}$

Příklad:

Existuje qubit v kvantovém stavu

{\tfrac {4}{5}}\,|0\rangle -{\tfrac {3}{5}}\,|1\rangle

V tomto případě pravděpodobnost získat při měření

0	je	(4/5)² = 16/25	= 0,64,
jeden	je	(-3/5)² = 9/25	= 0,36.

V tomto případě jsme při měření dostali 0 s pravděpodobností 0,64. Výsledkem měření je, že qubit přejde do nového kvantového stavu , tj. při příštím měření tohoto qubitu dostaneme 0 s jednotkovou pravděpodobností (předpokládá se, že standardně je unitární operace totožná; v reálných systémech je to ne vždy).

|0\rozsah

Pokud změříme pouze první qubit kvantového systému ve stavu , dostaneme: $|\psi\rangle$

s pravděpodobností první qubit půjde do stavu a druhý - do stavu , ${\displaystyle p_{0}=|a|^{2}+|b|^{2))$ $|0\rozsah$ ${\tfrac {1}{\sqrt {|a|^{2}+|b|^{2))))(a\,|0\rangle +b\,|1\rangle )$
s pravděpodobností první qubit půjde do státu a druhý — do státu . ${\displaystyle p_{1}=|c|^{2}+|d|^{2))$ $|1\rozsah$ ${\tfrac {1}{\sqrt {|c|^{2}+|d|^{2))))(c\,|0\rangle +d\,|1\rangle )$

V prvním případě měření udává stav , ve druhém stav . $|\Psi _{0}\rangle =|0\rangle \otimes {\tfrac {1}{\sqrt {|a|^{2}+|b|^{2))))(a\ ,|0\rangle +b\,|1\rangle )$ $|\Psi _{1}\rangle =|1\rangle \otimes {\tfrac {1}{\sqrt {|c|^{2}+|d|^{2))))(c\ ,|0\rangle +d\,|1\rangle )$

Výsledek takového měření nelze zapsat jako vektor do Hilbertova stavového prostoru. Takový stav, na kterém se podílí naše nevědomost o tom, jaký bude výsledek na prvním qubitu, se nazývá smíšený stav . V našem případě se takový smíšený stav nazývá projekce počátečního stavu na druhý qubit a je zapsán jako matice hustoty ve tvaru , kde matice hustoty stavu je definována jako . $|\psi\rangle$ $\rho _{2}=p_{0}\rho _{\Psi _{0}}+p_{1}\rho _{\Psi _{1}}$ $|\psi\rangle$ $|\psi \rangle \langle \psi |$

Obecně má systém L qubitů 2 L klasické stavy (00000… ( L nul), …00001 ( L číslic), … , 11111… ( L jedniček)), z nichž každý lze měřit s pravděpodobnostmi 0–1.

Jedna operace na skupině qubitů se tedy vypočítá okamžitě přes všechny její možné hodnoty, na rozdíl od skupiny klasických bitů, kdy lze použít pouze jednu aktuální hodnotu. To poskytuje nebývalou paralelnost výpočtů.

Výpočet

Zjednodušené schéma výpočtu na kvantovém počítači vypadá takto: vezme se systém qubitů , na kterých je zaznamenán počáteční stav. Pak se stav systému nebo jeho subsystémů mění pomocí unitárních transformací , které provádějí určité logické operace . Na konci se změří hodnota a to je výsledek počítače. Roli drátů klasického počítače hrají qubity a roli logických bloků klasického počítače unitární transformace . Takový koncept kvantového procesoru a kvantových logických hradel navrhl v roce 1989 David Deutsch . Také David Deutsch v roce 1995 našel univerzální logický blok, se kterým můžete provádět jakékoli kvantové výpočty.

Ukazuje se, že ke konstrukci jakéhokoli výpočtu stačí dvě základní operace. Kvantový systém dává výsledek, který je správný pouze s určitou pravděpodobností. Ale kvůli malému nárůstu operací v algoritmu můžete libovolně zvýšit pravděpodobnost získání správného výsledku na jednu.

Pomocí základních kvantových operací je možné simulovat činnost běžných logických prvků, ze kterých se skládají běžné počítače. Proto jakýkoli problém, který je nyní vyřešen, vyřeší jakýkoli kvantový počítač a téměř ve stejnou dobu [10] .

Většina moderních počítačů pracuje stejným způsobem: n bitů paměti ukládá stav a procesor je mění každý hodinový cyklus. V kvantovém případě je systém n qubitů ve stavu, který je superpozicí všech základních stavů, takže změna systému ovlivní všech 2n základních stavů současně. Teoreticky může nové schéma fungovat mnohem (exponenciálně) rychleji než to klasické. V praxi například Groverův algoritmus prohledávání kvantové databáze ukazuje kvadratické zisky výkonu oproti klasickým algoritmům.

Algoritmy

Základní kvantové algoritmy:

Groverův algoritmus : umožňuje najít řešení rovnice v čase ; $f(x)=1,\ 0\leqslant x<N$ $O({\sqrt {N)))$
Shorův algoritmus : umožňuje rozklad přirozeného čísla n na prvočinitele v polynomiálním čase v log  n ;
algoritmus Zalka-Wiesner umožňuje simulovat unitární vývoj kvantového systému částic v téměř lineárním čase pomocí qubitů; $n$ $Na)$
Algoritmus Deutsch-Joji umožňuje „v jednom výpočtu“ určit, zda je funkce binární proměnné f ( n ) konstantní ( f 1 ( n ) = 0, f 2 ( n ) = 1 bez ohledu na n ) nebo „vyvážená“ "( f3 ( 0 ) = 0, f3 (1) = 1, f4 ( 0 ) = 1, f4 ( 1) = 0);
Simonův algoritmus řeší problém černé skříňky exponenciálně rychleji než jakýkoli klasický algoritmus, včetně pravděpodobnostních algoritmů.

Ukázalo se, že ne každý algoritmus je schopen „kvantového zrychlení“. Navíc možnost získat kvantové zrychlení pro libovolný klasický algoritmus je velmi vzácná [11] .

Příklad implementace operace CNOT na nabitých stavech elektronu v kvantových tečkách

Libovolnou kvantovou operaci lze realizovat pomocí logického hradla řízené negace ( CNOT ) a překlápění stavu jednoho qubitu [12] [13] .

Jeden qubit může být reprezentován jako elektron v potenciálu dvoujamky, což znamená, že je v levé jámě a v pravé. Toto se nazývá qubit stavu nabití. Celkový pohled na kvantový stav takového elektronu: . Jeho závislost na čase je závislostí amplitud na čase ; je to dáno Schrödingerovou rovnicí tvaru , kde díky stejnému typu jamek a hermitianitě má hamiltonián tvar pro nějakou konstantu , takže vektor je vlastním vektorem tohoto hamiltoniánu s vlastní hodnotou 0 (tj. nazýván základní stav) a je vlastním vektorem s hodnotou (první excitovaný stav ). Nejsou zde žádné další vlastní stavy (s určitou energetickou hodnotou), protože náš problém je dvourozměrný. $|0\rozsah$ $|1\rozsah$ $|\Psi \rangle =\lambda _{0}|0\rangle +\lambda _{1}|1\rangle$ ${\displaystyle \lambda _{0},\lambda _{1))$ $i\hbar {\tfrac {\partial }{\partial t))\Psi =H\Psi$ $H$ ${\begin{pmatrix}a&-a\\-a&a\end{pmatrix}}$ $A$ $|{\tilde {0}}\rangle ={\tfrac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle +|1\rangle )$ $|{\tilde {1}}\rangle ={\tfrac {1}{\sqrt {2}}}(|0\rangle -|1\rangle )$ $2a$

Protože každý stav přechází v průběhu času do stavu , pak k implementaci operace NOT (přechod a naopak stačí jen počkat na čas . To znamená, že operace NOT je implementována jednoduše přirozenou kvantovou evolucí qubitu za předpokladu, že vnější potenciál specifikuje dvoujamkovou strukturu; to se provádí pomocí technologie kvantových teček. $|\psi\rangle$ $t$ $\lambda _{0}\exp(0t)|{\tilde {0}}\rangle +\lambda _{1}\exp(-2at/\hbar )|{\tilde {1}}\rangle$ $|0\rangle \to |1\rangle$ $t=\pi \hbar /(2a)$

Pro implementaci CNOT musí být dva qubity (tj. dva páry jamek) umístěny navzájem kolmo a každý z nich musí mít samostatný elektron. Potom bude konstanta pro první (ovladatelnou) dvojici jamek záviset na stavu elektronu ve druhé (řídící) dvojici jamek: je-li blíže k první, pak bude více, pokud dále, méně. Stav elektronu ve druhém páru tedy určuje čas NOT v první jamce, což umožňuje opět zvolit požadovanou dobu trvání pro realizaci operace CNOT. $A$ $A$

Toto schéma je velmi přibližné a idealizované; skutečné obvody jsou složitější a jejich implementace představuje výzvu pro experimentální fyziku.

Kvantová teleportace

Algoritmus teleportace implementuje přesný přenos stavu jednoho qubitu (nebo systému) na druhý. Nejjednodušší schéma používá 3 qubity: teleportovatelný qubit a zapletený pár , z nichž jeden qubit je na druhé straně. Všimněte si, že v důsledku činnosti algoritmu bude zničen počáteční stav zdroje - toto je příklad fungování obecného principu nemožnosti klonování - není možné vytvořit přesnou kopii kvanta stavu bez zničení originálu. Nebude možné kopírovat libovolný stav a teleportace je náhradou za tuto operaci.

Teleportace umožňuje přenášet kvantový stav systému pomocí konvenčních klasických komunikačních kanálů. Tak je možné zejména získat vázaný stav systému sestávajícího z podsystémů, které jsou vzdálené na velkou vzdálenost. To umožňuje budovat komunikační systémy, které v zásadě nejsou přístupné odposlechu (na segmentu mezi „kvantovými“ zařízeními).

Možné aplikace

Aplikace pro kryptografii

Vzhledem k obrovské rychlosti rozkladu na prvočinitele umožní kvantový počítač dešifrování zpráv zašifrovaných široce používaným kryptografickým algoritmem RSA . Až dosud je tento algoritmus považován za relativně spolehlivý, protože účinný způsob rozkladu čísel na prvočinitele pro klasický počítač není v současné době znám. Aby se například dostali ke kreditní kartě[ upřesnit ] , musíte číslo dlouhé stovky číslic rozdělit do dvou prvočísel (i u superpočítačů by tento úkol trval stokrát déle než stáří vesmíru ). Díky Shorovu kvantovému algoritmu se tento úkol stává docela proveditelným, pokud je postaven kvantový počítač. V tomto ohledu je zvláště důležitý výzkum postkvantové kryptografie , kryptografických algoritmů, které poskytují důvěrnost tváří v tvář kvantovým útokům.

Aplikace myšlenek kvantové mechaniky již otevřela novou éru v oblasti kryptografie, protože metody kvantové kryptografie otevírají nové možnosti v oblasti předávání zpráv [14] . Prototypy systémů tohoto druhu jsou ve vývoji [15] .

Výzkum umělé inteligence

Kvantové strojové učení umožňuje manipulovat s velkým množstvím dat v jediném průchodu a modelovat exponenciálně velkou neuronovou síť [16] . V roce 2013 společnost Google Corporation oznámila otevření laboratoře pro kvantový výzkum v oblasti umělé inteligence [10] . Koncern Volkswagen provádí výzkum využití kvantových počítačů pro vývoj bezpilotního prostředku a nových typů baterií (s využitím kvantových počítačů Google a D-Wave ). V listopadu 2018 koncern oznámil vývoj systému řízení dopravy (s integrací bezpilotních vozidel) pracujícího na kvantových počítačích D-Wave . [17]

Molekulární modelování

Předpokládá se, že pomocí kvantových počítačů bude možné přesně modelovat molekulární interakce a chemické reakce. Chemické reakce jsou kvantové povahy. Pro klasické počítače je k dispozici výpočet chování pouze relativně jednoduchých molekul [18] . Simulace na kvantových počítačích podle odborníků otevírá nové perspektivy pro rozvoj chemického průmyslu , zejména ve výrobě léků [19] .

Fyzikální implementace kvantových počítačů

Sestavení kvantového počítače ve formě skutečného fyzikálního zařízení je základním problémem fyziky XXI. století. Počátkem roku 2018 byly vyrobeny pouze omezené verze kvantového počítače (největší zkonstruované kvantové registry mají několik desítek spojených qubitů [20] [21] [22] ). Existují skeptické názory na řadu vyhlídek pro kvantové výpočty:

Praktická realizace kvantového počítače je založena na manipulaci na mikroskopické úrovni as grandiózní přesností víceprvkového fyzikálního systému se spojitými stupni volnosti. Je zřejmé, že pro dostatečně velký systém, kvantový nebo klasický, se tento úkol stává nemožným, a proto takové systémy přecházejí z oblasti mikroskopické fyziky do oblasti statistické fyziky. Vyžaduje systém N = 10 3 ÷10 5 kvantových spinů k překonání klasického počítače při řešení omezeného počtu speciálních problémů, které jsou v tomto smyslu dostatečně velké? Můžeme se někdy naučit ovládat 10 300 (alespoň) amplitud, které určují kvantový stav takového systému? Moje odpověď je ne, nikdy .

— M. I. Dyakonov , „Budeme mít někdy kvantový počítač? [23]

Principy fyzické realizace

Hlavní technologie pro kvantový počítač:

Kvantové tečky v pevném stavu na polovodičích : jako logické qubity se používají buď stavy náboje (přítomnost nebo nepřítomnost elektronu v určitém bodě) nebo směr elektronu a/nebo jaderného spinu v dané kvantové tečce. Ovládání pomocí externích potenciálů nebo laserového pulzu.
Supravodivé prvky ( Josephsonovy přechody , SQUID atd.). Přítomnost/nepřítomnost Cooperova páru v určité prostorové oblasti se používá jako logické qubity . Ovládání: vnější potenciál / magnetický tok.
Ionty ve vakuu Paulovy pasti (nebo atomy v optických pastích ). Zemní/excitovaný stav vnějšího elektronu v iontu se používá jako logické qubity. Ovládání: klasické laserové pulsy podél osy pasti nebo směrované na jednotlivé ionty + vibrační módy iontového souboru. Toto schéma navrhli v roce 1994 Peter Zoller a Juan Ignacio Sirac [13] [24] .
Smíšené technologie: použití předem připravených zapletených stavů fotonů pro řízení atomových celků nebo jako ovládací prvky pro klasické počítačové sítě.
Optické technologie: využití generování kvantových stavů světla, rychlé a laditelné řízení těchto stavů a jejich detekce. [25] [26]

Hlavní problémy spojené s vytvářením a aplikací kvantových počítačů:

je nutné zajistit vysokou přesnost měření;
vnější vlivy (včetně přenosu získaných výsledků) mohou kvantový systém zničit nebo do něj vnést zkreslení.

Čím více qubitů je ve vázaném stavu, tím je systém méně stabilní. Dosažení „kvantové nadvlády“ vyžaduje počítač s mnoha desítkami spojených qubitů, které fungují stabilně a s malým počtem chyb. Otázka, do jaké míry lze takové zařízení škálovat (takzvaný „problém škálování“), je předmětem rychle se rozvíjejícího nového pole – mnohočásticové kvantové mechaniky . Ústřední otázka je zde o povaze dekoherence (přesněji o kolapsu vlnové funkce ), která je stále otevřená. Různé výklady tohoto procesu lze nalézt v knihách [27] [28] [29] .

Na přelomu 20. a 21. století vytvořilo mnoho vědeckých laboratoří jedno-qubitové kvantové procesory (v podstatě řízené dvouúrovňové systémy, ve kterých se dalo předpokládat možnost škálování na mnoho qubitů).

Experimentální vzorky

Koncem roku 2001 IBM oznámila, že úspěšně otestovala 7-qubitový kvantový počítač implementovaný pomocí nukleární magnetické rezonance . Byl na něm proveden Shorův algoritmus a byly nalezeny faktory čísla 15 [30] .

V roce 2005 skupina Yu Paškina (kandidát fyzikálních a matematických věd, vedoucí výzkumník v Laboratoři supravodivosti v Moskvě) s pomocí japonských specialistů postavila dvouqubitový kvantový procesor založený na supravodivých prvcích [31] .

V listopadu 2009 se fyzikům z National Institute of Standards and Technology (USA) poprvé podařilo sestavit programovatelný kvantový počítač sestávající ze dvou qubitů [32] .

V únoru 2012 IBM oznámila významný pokrok ve fyzické implementaci kvantových výpočtů pomocí supravodivých qubitů napojených na křemíkové mikroobvody, což podle společnosti umožní zahájit práce na vytvoření kvantového počítače [33] .

V dubnu 2012 se týmu výzkumníků z University of Southern California , Delft University of Technology , Iowa State University a University of California, Santa Barbara podařilo postavit dvouqubitový kvantový počítač na dopovaném diamantovém krystalu . Počítač pracuje při pokojové teplotě a je teoreticky škálovatelný. Jako dva logické qubity byly použity směry spinu elektronu a jádra dusíku . Pro zajištění ochrany proti vlivu dekoherence byl vyvinut celý systém, který vytvořil pulz mikrovlnného záření o určité délce a tvaru. S pomocí tohoto počítače byl implementován Groverův algoritmus pro čtyři varianty výčtu, což umožnilo získat správnou odpověď na první pokus v 95 % případů [34] [35] .

V červenci 2017 vytvořila skupina fyziků vedená Michailem Lukinem , spoluzakladatelem Ruského kvantového centra a profesorem na Harvardské univerzitě, programovatelný 51-qubitový kvantový simulátor [36] . Jedná se o nejsložitější systém svého druhu, jaký v té době existoval. Autoři testovali výkon simulátoru simulací složitého systému mnoha částic – to umožnilo fyzikům předpovídat některé dříve neznámé efekty [37] . Přibližně ve stejnou dobu vytvořila další skupina vědců z University of Maryland pod vedením Christophera Monro 53-qubitový simulátor založený na iontech v optické pasti [38] [39] . Oba tyto systémy však nejsou univerzálním počítačem, ale jsou určeny k řešení jednoho problému [40] [38] .

V listopadu 2017 vědci IBM úspěšně postavili a otestovali prototyp procesoru s 50 qubity [41] [42] [43] .

V lednu 2018 oznámil generální ředitel Intel Brian Krzanich vytvoření supravodivého kvantového čipu s kódovým označením „Tangle Lake“ s 49 qubity. Podle jeho předpovědi pomohou kvantové počítače při tvorbě léků, finančním modelování a předpovědi počasí. Intel vyvíjí kvantové počítače ve dvou směrech: vytváření zařízení na bázi supravodičů a křemíkových mikroobvodů s "spin qubits" [44] [45]

V březnu 2018 Google oznámil, že se mu podařilo postavit 72- qubitový kvantový procesor Bristlecone s nízkou pravděpodobností výpočetních chyb. Společnost nezveřejnila podrobné charakteristiky zařízení, ale tvrdí, že vám umožňuje dosáhnout „kvantové převahy“. Aby kvantový počítač mohl podle expertů Google řešit problémy, které jsou pro „obyčejné“ počítače nedostupné, musí být splněny následující podmínky: musí obsahovat minimálně 49 qubitů, tedy „hloubku“ ( angl. circuit depth ) musí přesáhnout 40 qubitů a pravděpodobnost chyby ve dvouqubitovém logickém prvku by neměla přesáhnout 0,5 %. Zástupci společnosti vyjádřili naději, že v budoucnu budou schopni těchto ukazatelů dosáhnout. [46] [47]

V prosinci 2018 byl oznámen vývoj optického mikročipu, který se v budoucnu plánuje použít jako integrální součást kvantového počítače. [25] [26]

V lednu 2019 IBM představilo první komerční kvantový počítač na světě IBM Q System One [48] [49] .

V říjnu 2019 Google oznámil, že se mu podařilo postavit 53-qubitový supravodivý kvantový procesor Sycamore a prokázal „kvantovou převahu“ nad konvenčními počítači [50] [51] [52] .

V prosinci 2020 zveřejnili vědci z University of Science and Technology of China článek, v němž tvrdí, že jejich kvantový počítač Jiuzhang byl schopen dosáhnout kvantové převahy. Během pár minut se mu podařilo provést operaci, která by se tradičním způsobem řešila zhruba dvě miliardy let. Počítač pracuje na bázi optických kvantových počítačů (qubity jsou založeny na fotonech) pomocí „bosonického vzorkování“. [53]

V roce 2021 vytvořili čínští vědci pod vedením Pan Jianwei dva prototypy kvantových počítačů:

supravodivý kvantový procesor Zu Chongzhi 2.1 s 66 qubity;
kvantový počítač "Jiuzhan-2.0" se 113 detekovanými fotony (qubity), řešící problém vzorkování Gaussových bosonů septiliónkrát rychleji (30 bilionů let za milisekundu) než nejproduktivnější superpočítače [54] [55] .

Na konci roku 2021 IBM představilo svůj nový kvantový procesor založený na supravodivých qubitech, nazvaný Eagle („Orel“) , který je součástí programu pro vytváření super rychlých počítačů. Nový čip má 127 qubitů, což je dvojnásobek velikosti předchozích kvantových procesorů IBM [56] .

Adiabatické D-Wave počítače

Od roku 2007 kanadská společnost D-Wave Systems oznámila vytvoření různých verzí kvantového počítače: od 16-qubitů po 2000-qubitů. Počítače D-Wave jsou vhodné pro řešení pouze úzké třídy problémů. Někteří výzkumníci vyjádřili pochybnosti o tom, že počítače společnosti skutečně dosahují významného „kvantového zrychlení“, nicméně počítače D-Wave (nabízené za ceny 10-15 milionů USD ) koupily společnosti Google , Lockheed Martin a Temporal Defense Systems a také NASA a Los Angeles, Národní laboratoř Alamos . [57] [58]

V prosinci 2015 experti Google potvrdili, že podle jejich výzkumu počítač D-Wave využívá kvantové efekty. V počítači „1000 qubitů“ jsou qubity ve skutečnosti organizovány do shluků po 8 qubitech. To však umožnilo dosáhnout 100 milionkrát rychlejšího výkonu (ve srovnání s konvenčním počítačem) v jednom z algoritmů. [59]

V únoru 2022 spustilo Jülich Research Center v Německu kvantový superpočítač s více než 5 000 qubity. Počítač byl vytvořen na bázi kanadského systému D-Wave se vzdáleným cloudovým přístupem. Tento kvantový vývoj je navržen tak, aby řešil problémy optimalizace a vzorkování. Pro realizaci komerční aplikace kvantových počítačů vytvořilo německé centrum uživatelskou infrastrukturu Jülich pro kvantové výpočty (JUNIQ), která poskytuje přístup k tomuto druhu počítačů různým skupinám uživatelů a společnostem v Evropě. [60]

Poznámky

↑ Alexander Ershov. Quantum Supremacy // Populární mechanika . - 2018. - č. 5 . - S. 54-59 .
↑ Sophie Hebdenová. Nový jazyk pomáhá kvantovým kodérům vytvářet zabijácké aplikace . New Scientist (5. července 2014). Získáno 20. července 2014. Archivováno z originálu 14. srpna 2014. (neurčitý)
↑ Manin Yu. I. Vyčíslitelné a nevyčíslitelné. - M .: Sov. Rozhlas, 1980. - S. 15. - 128 s. - (Kybernetika).
↑ Feynman RP Simulace fyziky s počítači // International Journal of Theoretical Physics. - 1982. - Sv. 21 , iss. 6 . - str. 467-488 . - doi : 10.1007/BF02650179 . Článek je textem zprávy na konferenci na MIT v roce 1981.
↑ P. Benioff. Kvantově mechanické hamiltonovské modely turingových strojů // Journal of Statistical Physics : deník. - 1982. - Sv. 29 , č. 3 . - str. 515-546 . - doi : 10.1007/BF01342185 . - .
↑ S. Weisner Conjugate coding (anglicky) // Association for Computing Machinery , Special Interest Group in Algorithms and Computation Theory. - 1983. - Sv. 15 . - str. 78-88 .
↑ Zelinger A. Tanec fotonů: Od Einsteina ke kvantové teleportaci . - New York: Farrar, Straus & Giroux, 2010. - S. 189 , 192. - ISBN 0-374-23966-5 .
↑ Leah Henderson a Vlatko Vedral, Quantum entanglement Archived 15 June 2018 at Wayback Machine // Center for Quantum Information and Foundations, Cambridge.
↑ Holevo A. Kvantová informatika: minulost, přítomnost, budoucnost // Ve světě vědy. - 2008. - Vydání. 7 . (Ruština)
↑ 1 2 Google vytvoří umělou inteligenci na kvantovém počítači Archivováno 17. března 2017 na Wayback Machine .
↑ Ozhigov Y. Zrychlení kvantových počítačů klasicky s nulovou pravděpodobností // Chaos Solitons and Fractals, 10 (1999) 1707-1714.
↑ Tycho Sleater, Harald Weinfurter. Realizovatelné univerzální kvantové logické brány // Dopisy fyzického přehledu. - 15.05.1995. - T. 74 , č.p. 20 . - S. 4087-4090 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.74.4087 .
↑ 1 2 J. I. Cirac, P. Zoller. Kvantové výpočty s ionty zachycenými za studena // Physical Review Letters. - 15.05.1995. - T. 74 , č.p. 20 . - S. 4091-4094 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.74.4091 . Archivováno z originálu 26. ledna 2021.
↑ Valijev, K. A. Kvantová informatika: počítače, komunikace a kryptografie Archivní kopie ze dne 5. března 2016 na Wayback Machine // Bulletin Ruské akademie věd. - 2000. - Ročník 70. - č. 8. - S. 688-695.
↑ Vznikají prototypy kvantových počítačů Archivní kopie ze dne 16. září 2008 na Wayback Machine // lenta.ru.
↑ Primárním úkolem kvantových počítačů je zlepšit umělou inteligenci Archived copy of March 12, 2018 at Wayback Machine , geektimes.ru, 4 March 2018.
↑ Volkswagen vyvine kvantový počítač pro optimalizaci silničního provozu Archivováno 11. listopadu 2018 na Wayback Machine .
↑ Šest příkladů, kdy nám kvantové počítače hodně pomohou Archivní kopie z 12. března 2018 na Wayback Machine , hi-news.ru, 4. července 2017
↑ Kruglyak Yu.A. Kvantové modelování v kvantové chemii na kvantových počítačích. - Odessa: TES, 2020. - ISBN ISBN: 978-617-7711-56-7.
↑ 14 kvantových bitů: Fyzici překračují hranice toho, co je v současnosti možné v kvantovém počítání . Univerzita v Innsbrucku, Phys.org (1. dubna 2011). Získáno 28. června 2015. Archivováno z originálu 30. června 2015.
↑ Lisa Zyga. Nové největší číslo na kvantovém zařízení je 56 153 . Phys.org (28. listopadu 2014). Získáno 28. června 2015. Archivováno z originálu 11. prosince 2017.
↑ Google vytvořil 72-qubitový kvantový počítač Archivováno 12. března 2018 na Wayback Machine .
↑ M. I. Djakovov . Budeme mít někdy kvantový počítač? . Commission to Combat Pseudoscience (2018). Staženo 6. prosince 2018. Archivováno z originálu 6. prosince 2018. (neurčitý)
↑ Ferdinand Schmidt-Kaler, Hartmut Haeffner, Mark Riebe, Stephan Gulde, Gavin PT Lancaster. Realizace Cirac-Zoller řízené-NOT kvantové brány (anglicky) // Nature. - 2003-04-01. — Sv. 422 . - str. 408-411 . - doi : 10.1038/nature01494 . Archivováno z originálu 14. července 2018.
↑ 1 2 Při vytváření optického kvantového počítače bylo dosaženo pokroku . Získáno 3. listopadu 2019. Archivováno z originálu dne 3. listopadu 2019. (neurčitý)
↑ 1 2 10. PROSINCE 2018 Nové optické zařízení přibližuje kvantové výpočty o krok blíže Archivováno 3. listopadu 2019 na Wayback Machine
↑ R. Penrose . Cesta k realitě Archivováno 31. května 2012 na Wayback Machine .
↑ X. Breuer, F. Petruccione . Teorie otevřených kvantových systémů . Archivováno 15. prosince 2013 na Wayback Machine
↑ Yu I. Ozhigov . Konstruktivní fyzika . Archivováno 2. září 2013 na Wayback Machine // rcd.ru.
↑ Dosud největší kvantový počítač (anglicky) (nepřístupný odkaz) . Geek.com (24. prosince 2001). Datum přístupu: 28. června 2015. Archivováno z originálu 1. července 2015.
↑ http://dml.riken.jp/pub/nori/pdf/PhysicaC_426_1552_Coherent_manipulations.pdf Archivováno 8. března 2013 na Wayback Machine .
↑ První univerzální programovatelný kvantový počítač odhalen Archivováno 6. dubna 2015 na Wayback Machine .
↑ IBM Reports Quantum Computer Progress Archived 7. března 2012 na Wayback Machine // oszone.net .
↑ Defekty v krystalové mřížce diamantu umožnily vytvořit „zářící“ kvantový počítač Archivováno 13. dubna 2012 na Wayback Machine .
↑ Kvantový počítač zabudovaný v diamantu – článek s odkazem na původní dílo v Nature Archived 13. dubna 2012 na Wayback Machine .
↑ Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling, Harry Levine, Ahmed Omran. Zkoumání dynamiky mnoha těles na 51atomovém kvantovém simulátoru // Nature . — 2017/11. - T. 551 , č.p. 7682 . - S. 579-584 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/příroda24622 . — arXiv : 1707.04344 . Archivováno z originálu 14. února 2018.
↑ Vladimír Koroljov. Rusko-američtí fyzici vytvořili rekordně složitý 51-qubitový kvantový počítač . nplus1.ru. Získáno 15. července 2017. Archivováno z originálu 14. července 2017. (neurčitý)
↑ 1 2 J. Zhang, G. Pagano, PW Hess, A. Kyprianidis, P. Becker. Pozorování mnohotělového dynamického fázového přechodu pomocí 53-qubitového kvantového simulátoru // Nature . — 2017/11. — Sv. 551 , iss. 7682 . - S. 601-604 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/příroda24654 . - arXiv : 1708.01044 . Archivováno z originálu 30. listopadu 2017.
↑ Vladimír Koroljov. Fyzici vytvořili rekordní 53-qubitový kvantový počítač . nplus1.ru. Staženo 14. ledna 2018. Archivováno z originálu 14. ledna 2018. (neurčitý)
↑ Kvantový simulátor s 51 qubity je vůbec největší , New Scientist . Archivováno z originálu 18. července 2017. Staženo 21. července 2017.
↑ Budoucnost je kvanta Archivováno 9. ledna 2018 na Wayback Machine . IBM Blog Research.
↑ IBM zvyšuje laťku s 50-qubitovým kvantovým počítačem Archivováno 19. listopadu 2017. . MIT Technology Review.
↑ IBM vytvořilo nejvýkonnější kvantový počítač (ruský) , Korrespondent.net (12. listopadu 2017). Archivováno z originálu 13. listopadu 2017. Staženo 13. listopadu 2017.
↑ CES 2018: Intel pokroky v kvantových a neuromorfních počítačích Archivováno 10. ledna 2018 na Wayback Machine , 3dnews.ru, 9. ledna 2018.
↑ 2018 CES: Intel Advances Quantum and Neuromorphic Computing Research Archivováno 26. února 2018 na Wayback Machine , webové stránky Intel , 8. ledna 2018.
↑ Google postavil 72-qubitový kvantový počítač Archivováno 6. března 2018 na Wayback Machine , N+1, 5. března 2018
↑ Náhled Bristlecone, nového kvantového procesoru od Googlu archivován 11. března 2018 na Wayback Machine , Google Research Blog, 5. března 2018.
↑ IBM Quantum Update: Spuštění Q System One, noví spolupracovníci a plány QC Center . HPCwire (10. ledna 2019). Získáno 11. dubna 2022. Archivováno z originálu dne 12. listopadu 2020. (neurčitý)
↑ Chan. IBM představuje první kvantový počítač na světě, který mohou podniky skutečně použít k řešení dříve nemožných problémů . Business Insider (13. ledna 2019). Získáno 11. dubna 2022. Archivováno z originálu dne 28. ledna 2021. (neurčitý)
↑ Příroda 23. října 2019 Frank Arute, Kunal Arya a kol. Kvantová nadvláda pomocí programovatelného supravodivého procesoru Archivováno 23. října 2019 na Wayback Machine 574, strany 505-510 (2019)
↑ Kvantová nadřazenost pomocí programovatelného supravodivého procesoru Archivováno 23. října 2019 na Wayback Machine Středa, 23. října 2019 Autor: John Martinis, hlavní vědec Quantum Hardware a Sergio Boixo, hlavní vědec Quantum Computing Theory, Google AI Quantum
↑ Meduza 20:05, 24. října 2019 Alexander Ershov Hurá, fyzici Googlu dosáhli kvantové převahy! Nebo možná ne! My nevíme, oni nevědí, nikdo neví - proto je to kvantové ... Archivováno 26. října 2019 na Wayback Machine
↑ Čínští fyzici jako druzí na světě, kteří dosáhli kvantové nadvlády Archivováno 7. prosince 2020 na Wayback Machine , Meduza , 7. prosince 2020.
↑ Čína dosáhla kvantové převahy na dvou technických liniích // Xinhua.
↑ China Focus: Čínští vědci vyvíjejí nový kvantový počítač se 113 detekovanými fotony // Xinhua..
↑ Krok do budoucnosti: IBM představuje nový kvantový počítačový čip Archivováno 18. listopadu 2021 na Wayback Machine , BBC , 17. listopadu 2021.
↑ D-Wave prodává Quantum Computer společnosti Lockheed Martin Archivováno 15. března 2018 na Wayback Machine .
↑ Zákazníci archivovali 24. července 2018 na webu Wayback Machine , D-Wave.
↑ 3Q: Scott Aaronson na novém papíru společnosti Google pro kvantové výpočty Archivováno 24. května 2016 na Wayback Machine , 11. prosince 2015.
↑ První evropský kvantový superpočítač s více než 5 000 qubity spuštěn . iXBT.com . Získáno 28. února 2022. Archivováno z originálu 28. února 2022. (Ruština)

Literatura

články

Openov L. A. Spinová logická hradla založená na kvantových tečkách // Soros Educational Journal , 2000, vol. 6, č. 3, str. 93-98;
G. Brassard, I. Chuang, S. Lloyd, C. Monroe. Quantum computing Archivováno 20. října 2018 na Wayback Machine // PNAS . - 1998. - Sv. 95. - S. 11032-11033.
Kilin S. Ya. Quantum information Archivní kopie z 29. září 2010 na Wayback Machine // UFN . - 1999. - T. 169. - C. 507-527.
Valijev K. A. Kvantové počítače: lze je udělat „velkými“? Archivováno 23. prosince 2009 na Wayback Machine // UFN . - 1999. - T. 169. - C. 691-694.
AM Steane, EG Rieffel. Beyond Bits: The Future of Quantum Information Processing // Počítač IEEE. - Leden 2000. - S. 38-45.
Kilin S.Ya. Kvanta a informace // Pokrok v optice. - 2001. - Sv. 42. - S. 1-90.
Valijev K. A. Quantum computers and quantum computing Archivní kopie z 10. února 2009 na Wayback Machine // UFN . - 2005. - T. 175. - C. 3-39.
TD Ladd, F. Jelezko, R. Laflamme, Y. Nakamura, C. Monroe, JL O'Brien. Quantum Computing Archivováno 21. září 2013 na Wayback Machine // Nature . - 2010. - Sv. 464, str. 45-53.
Kvantový počítač a kvantové výpočty. Hlava. vyd. V. A. Sadovničij, Iževsk: IZhT, 1999. - 288s.

knihy

Výhody a nevýhody Quantum Computing Archivováno 16. března 2021 na Wayback Machine / Ed. Sadovnichy V. A.
The Quantum Computer and Quantum Computing archivovány 16. března 2021 na Wayback Machine / Ed. Sadovnichy V. A.
Baumeister D., Eckert A. , Zeilinger A. Fyzika kvantové informace. — M .: Postmarket, 2002. — 376 s.
Valijev K. A. , A. A. Kokin. Kvantové počítače: naděje a realita. - Iževsk: RHD, 2004. - 320 s.
Deutsch D. Struktura reality. - Iževsk: RHD, 2001. - 400 s.
Kaye F., Laflame R., Mosca M. Introduction to Quantum Computing. - Iževsk: RHD, 2009. - 360 s.
Kitaev A. Yu. , Shen A. , Vyaly M. N. Classical and quantum computing Archivováno 9. července 2021 na Wayback Machine . M.: MTsNMO, 1999. 192 s.
Nielsen M., Chang I. Quantum Computing and Quantum Information. — M .: Mir, 2006. — 824 s.
Ozhigov Yu. I. Kvantové počítání . - M. : Max Press, 2003. - 152 s. Archivováno8. března 2013 naWayback Machine
Ozhigov Yu. I. Konstruktivní fyzika. - Iževsk: RHD, 2010. - 424 s.
Preskill J. Quantum Information and Quantum Computing. - Iževsk: RHD, 2008-2011. — 464+312 s.
Scott Aaronson . Kvantové výpočty od doby Democritus = Scott Aaronson. Quantum Computing od Democritus. - M . : Alpina Literatura faktu, 2017. - 494 s. - ISBN 978-5-91671-751-8 .

Odkazy

A. Berdičevského . Kvantový vzdělávací program. Archivováno 12. září 2008 na Wayback Machine
Y. Lifshits . Kurz " Moderní problémy teoretické informatiky Archivováno 15. října 2008 na Wayback Machine " (přednášky o kvantovém počítání: úvod, superhusté kódování, kvantová teleportace, Simon a Shorovy algoritmy).
kvantový počítač. Archivní kopie ze dne 25. dubna 2013 na Wayback Machine // Video přednáška V. Shalaeva v projektu PostNauka (4. 9. 2013)
Ústav superpočítačů a kvantové informatiky _ _
Laboratoř fyziky kvantových počítačů _ _
Budoucnost kvantových počítačů je v ternárním počítání. Archivováno 10. února 2022 na Wayback Machine // Infuture.ru
Kvantový počítač a jeho elementární polovodičová báze. Archivováno 17. června 2008 na Wayback Machine (4/8/2003 )
QCL programovací jazyk pro kvantové počítače. Archivováno 8. října 2003 na Wayback Machine
kvantová paměť.

Slovníky a encyklopedie

V bibliografických katalozích
BNE : XX556504 BNF : 135068781 GND : 4533372-5 J9U : 987007566220005171 LCCN : sh98002795 NDL : 01072652 NKC : ph184827

Počítačové kurzy
Podle úkolů	Univerzální Specializované
Prezentací dat	Analogový hybridní Digitální
Podle číselného systému	Binární Trojice Desetinná čísla Oddělený
Podle pracovního prostředí	Kvantová Optický Elektronický Biopočítač Mechanické ( pneumatické hydraulický ) Průmyslové ( osobní )
Po domluvě	Sálový počítač Desktop ( Server ( Home ) Pracovní stanice Osobní Domov Monoblok Zapojte PC Herní konzole Hra mediální centrum Internetové zařízení netbook Internetový tablet tablet netbook Nettop Konzolový počítač
Superpočítače	Mini supermini Osobní
Malý a mobilní	Micro Mobilní internetové zařízení CPC Notebook Subnotebook Ultrabook netbook Smartbook Tableta Internetový tablet Elektronická kniha Chytrý telefon Handheld PC Stick PC UMPC Přenosný herní systém nositelné Elektronický překladač Kalkulačka Grafická kalkulačka vědecká kalkulačka Programovatelná kalkulačka

kvantová informatika

Obecné pojmy

kvantové komunikace

kvantový kanál
- kvantová síť
kvantová kryptografie
- Kvantová distribuce klíčů
Teleportace kvantové energie
kvantová teleportace
Kvantové ultra-husté kódování
LOCC
kvantová destilace

Kvantové algoritmy

kvantový simulátor
Deutsch-Yozhi algoritmus
Bernstein-Waziraniho algoritmus
Groverův algoritmus
Kvantová Fourierova transformace
Shorův algoritmus
Simonův problém
Algoritmus kvantového odhadu fáze
Kvantový výpočetní algoritmus
kvantové žíhání
Algoritmické chlazení
Kvantový algoritmus pro řešení soustavy lineárních rovnic
Amplitudový zisk

Kvantová teorie složitosti

Kvantové výpočetní modely

kvantový obvod
- kvantová brána
Jednostranný kvantový počítač
- shluk
Adiabatické kvantové výpočty
Topologický kvantový počítač

Prevence dekoherence

Oprava kvantových chyb
Stabilizační kódy
Stabilizační formalismus
Kvantový konvoluční kód

Fyzické implementace

kvantová optika	Kavitační kvantová elektrodynamika Konturová kvantová elektrodynamika Kvantové výpočty založené na lineární optice protokol KLM Bosonické vzorkování
superchladné atomy	Kvantový počítač s absorbovanými ionty Optická mřížka
zpět založené	Kvantový počítač založený na nukleární magnetické rezonanci Kaneův kvantový počítač Ztrátový kvantový počítač - DiVincenzo NV centrum
Supravodivé kvantové počítače	nabít qubit streamovací qubit Fázový qubit Transmon

Hlavní směry informatiky
Matematické základy	matematická logika teorie množin teorie čísel teorie grafů Teorie typů Teorie kategorií Výpočetní matematika Teorie informace Kombinatorika Algebra logiky
Teorie algoritmů	Teorie automatů Teorie vyčíslitelnosti Teorie výpočetní složitosti Teorie kvantového počítání
Algoritmy , datové struktury	Analýza algoritmů Vývoj algoritmů Výpočetní geometrie
Programovací jazyky , kompilátory	Analyzátor Tlumočník procedurální programování Objektově orientované programování Funkcionální programování Logické programování Programovací paradigmata
Souběžné a paralelní výpočty , distribuované systémy	multiprocessing Grid computing
Softwarové inženýrství	Analýza požadavků Návrh softwaru Programování Formální metody Testování softwaru Vývoj softwaru
Architektura systému	Počítačová architektura Počítačové zařízení Operační systém
Telekomunikace , sítě	zvuk počítače Směrování Topologie sítě Kryptografie
Databáze	Systémy pro správu databází Relační databáze SQL Transakce Index databáze data mining
Umělá inteligence	Automatické generování rozsudků Počítačová lingvistika počítačové vidění evoluční modelování Expertní systémy Strojové učení zpracování přirozeného jazyka Robotika
Počítačová grafika	Vizualizace počítačová animace Zpracování obrazu
Interakce člověka s počítačem	Veřejná dostupnost počítače Uživatelská rozhraní nositelný počítač Pervasive Computing Virtuální realita
vědecké výpočty	umělý život bioinformatika kognitivní věda Počítačová chemie Výpočetní neurověda Výpočetní fyzika Výpočtové algoritmy Symbolická matematika
Poznámka: Informatiku lze také rozdělit do různých témat nebo oborů podle ACM Computing Classification System .