Kvantarvuti

Kvantarvuti on laskentajärjestelmä, joka hyödyntää kvanttimekaniikan ilmiöitä, kuten superpositiota ja kvanttisidoksia, suorittaakseen tietojenkäsittelytehtäviä. Sen perusyksikkö on kvanttibitt, eli qubit, joka voi olla 0, 1 tai näiden superpositio.

Quibitit voidaan toteuttaa useilla teknologioilla: superjohtavista piireistä koostuvat qubitit, trapatut ionit, fotoniset järjestelmät sekä semikonduktoripohjaiset ratkaisut. Usein koko järjestelmä vaatii erittäin alhaisen lämpötilan, lähelle millikelvin-asteita, sekä vahvaa magneettisuojausta ja eristettyä ympäristöä, jotta koherenssia voitaisiin ylläpitää riittävän kauan.

Laskenta tapahtuu kvanttiporttien avulla. Yksittäisiä qubiteja käsitellään yhden-qubit porteilla sekä kahden-qubit porteilla, jotka tuottavat toisiinsa kytkettyjä tiloja. Mittaukset lopulta muuttavat kvanttitilan klassiseksi tulokseksi. Tehtävien ratkaisemiseksi rakennetaan laajempia porttiyhdistelmiä ja käytetään ohjelmistoja, jotka suunnittelevat porttireitit.

Nykytilanne: Kvanttilaskenta on suurimman osan ajasta tutkimusympäristö, ja suurimmat edistysaskeleet liittyvät niin sanottuun NISQ-aikakauteen (noisy intermediate-scale quantum). Eri ryhmät ja yritykset kehittävät sekä laitteistoja että virheenkorjausmenetelmiä skaalautuvuuden parantamiseksi. Pitkän aikavälin tavoitteena on virheenkorjattu, laajasti skaalautuva kvanttilaskenta.

Sovellukset voivat kattaa kvanttisimuloinnin kemiallisessa ja materiaalitieteen tutkimuksessa, optimoinnin, tietoturvan sekä osa-alueita koneoppimisesta. Kvanttilaskennan kehitys etenee sekä koelaitteissa että ohjelmistoalustoilla, jotka tarjoavat käyttöön selkeitä ohjelmointirajapintoja.