Kvanttiportti

Kvanttiportti, tai kvanttioperaatio, on tilamuutos, joka vaikuttaa kvanttijonon tilaan. Portti on yksikkömatriisi U, ja se muuntaa tilan lineaarisesti sekä säilyttää normaalia. Kvanttiportit muodostavat kvanttialgoritmin peruselementit; ohjelma koostuu porttien sarjasta, jotka vaikuttavat toisiinsa qubiteissä.

Matematiikassa järjestelmällä, jolla on n qubitia, kvanttiportti voi vaikuttaa yhdelle tai useammalle qubitille. Portti esitetään 2^n × 2^n:n yksikkömatriisina, ja sen toiminta on unitiarinen eli normi säilyy. Yhden qubitin portit vaikuttavat yhteen qubiteen, kun taas monen qubitin portit voivat luoda kvanttien lomittuneita tiloja.

Esimerkkejä yleisistä porteista: yksikytkiset portit kuten X (kvantti-NOT), Y-, Z-portit sekä Hadamard-portti (H), S- portti ja T-portti. Kaksikytkisiä porteja ovat esimerkiksi CNOT (kontrolloitu NOT), CZ (kontrolloitu Z) ja SWAP-portti. Universaaleja porttijoukkoja tarvitaan erottamaan minkä tahansa kokonaisportin toteuttaminen; yleisiä vaihtoehtoja ovat esimerkiksi {H, S, T, CNOT} ja {H, T, CNOT}.

Käytännössä kvanttiportteja toteutetaan useissa fyysisissä järjestelmissä, kuten suprajohtuvissa piireissä, trapatuissa ioneissa ja fotonijärjestelmissä. Porttien laatu arvioidaan fideliteetillä, ja suurten porttisyklien sekä virheenkorjauksen kaltaiset tekijät ovat keskeisiä kvanttijärjestelmien skaalautuvuuden kannalta. Kvanttiportit muodostavat siten perustan sekä kvanttiykkösten ohjelmoinnille että kvanttitietokoneiden käytännön toteutuksille.