Kvanttigateilla

Kvanttigateilla (kvanttigateilla) ovat perusoperaatioita, jotka muokkaavat kubittien tiloja kvanttikiinissä. Ne ovat lineaarisia, reversiibilejä ja unitaari-operaatioita, jotka vaikuttavat yhdellä tai useammalla kubitillä. Porttien avulla voidaan muuttaa kubittien superpositioita ja luoda kubittien välistä vuorovaikutusta.

Matemaattisesti kvanttigateilla esitetään unitaari-matriiseina U, joiden koko on 2^n × 2^n, kun ne vaikuttavat n kubitillä. Yhden kubitin gateja ovat esimerkiksi X (NOT), Y, Z, H (Hadamard), S (fase-portti) ja T (π/8-portti). Useammalle kubitille tarkoitettuja gateja ovat esimerkiksi CNOT (kontrolloitu NOT), CZ (kontrolloitu Z), iSWAP ja SWAP. Gateit voidaan yhdistää sarjoina kvanttikoneiksi.

Universaalius: tietyt gate-sarjat voivat toteuttaa minkä tahansa n kubitin unitaarin operaation likimääräisesti. Esimerkkejä yleisistä universaaleista joukkoista ovat {H, T, CNOT} sekä {H, S, CNOT}.

Fyysinen toteutus: Kvanttigateja toteutetaan useilla teknologioilla, kuten suprajohtavilla piireillä, vangituilla ioneilla ja fotonisilla järjestelmillä. Käytännön rajoitteita ovat virheet ja decoherence, joiden hallintaan kehitetään virheenkorjausmenetelmiä ja virheenkorjauskoodeja.

Kvanttigateilla muodostavat kvanttilaskennan peruskivet, joiden avulla voidaan suorittaa monimutkaisia unitaarioperaatioita osana kvanttialgoritmeja.