Kvanttikiertojen

Kvanttikiertojen viittaa tilan kiertoon kvanttisessa tilassa. Yleisesti ne tarkoittavat spinin tai muiden kaksitasoisten järjestelmien tilan suunnan muuttamista, jota kuvataan kiertoliikkeenä Bloch-sfäärillä. Kvanttikiertoja käytetään sekä perusfysiikassa että kvanttitietokoneissa: ne mahdollistavat tilan esivalinnan, mittausperiaatteiden hallinnan ja portaiden toteuttamisen ohjelmoinnissa.

Matematiikassa kvanttikiertoja kuvaa unitaarinen operaatio U_R(n, θ) = exp(-i θ/2 n·σ), missä n on kiertokulman akseli kolmessa ulottuvuudessa ja σ on Pauli-matriisit X, Y ja Z. Tärkeä esimerkki on n·σ = n_x X + n_y Y + n_z Z. Yksinkertaisimmissa kubiiteissa rotaatit ovat Rx(θ) = exp(-i θ/2 X), Ry(θ) = exp(-i θ/2 Y) ja Rz(θ) = exp(-i θ/2 Z). Yleisemmin monitasoisissa järjestelmissä vastaavat kiertot ovat SU(N) -rotaatioita.

Käytännössä kvanttikiertojen avulla rakennetaan kvanttijärjestelmän portaikot. Yksittäiskubiitin tilan kiertäminen mahdollistaa arbiitraalin tilan esivalinnan ennen mittauksia, ja niiden yhdistelmät sekä vuorovaikutukset toisten kubittien kanssa tuottavat entanglementin ja monimutkaisempia ohjelmia. Esimerkkeinä ovat Rx-, Ry- ja Rz-porteja sekä kontrolloidut kiertotyypit, jotka toteuttavat kaksikubittisia toimintoja.

Kehitys ja haasteet liittyvät virheisiin ja decoherenceiin: kvanttikiertojen kalibrointi ja virheidenhallinta ovat olennaisia tarkkuuden ja luotettavuuden kannalta. Erilaiset teknologiat, kuten suprakondaktiiviset qubitit, ionikiteet ja NV-keskukset, pyrkivät parantamaan kiertojen suorituskykyä ja toistettavuutta.