Kvanttitietokoneet

Kvanttitietokoneet ovat tietokoneita, jotka käsittelevät informaatiota kvanttijärjestelmän tilojen avulla. Niiden perusyksikkö on qubit, joka voi olla sekä 0 että 1 samanaikaisesti eli superpositiossa, ja useat qubitit voivat olla toisiinsa kytkeytyneitä, jolloin niiden tilat riippuvat toisistaan. Tällaiset tilayhteydet mahdollistavat kvanttialgoritmien potentiaalin nopeuttaa joitakin tehtäviä verrattuna klassiseen laskentaan.

Kvanttilaskenta rakentuu kvanttitoiminnoista eli portteista ja mittauksista. Portit manipuloivat qubitin tiloja muodostaen epäklassisia superposioita ja vahvoja tilayhteyksiä. Lopullinen mittaus muuntaa kvanttitilat klassisiksi tuloksiksi. Yksi keskeisistä haasteista on decoherence, kvanttitilan häviäminen ympäristön vaikutuksesta, sekä virheet, joiden hallitsemiseksi tarvitaan kvanttivirheenkorjausta ja usein suuria konesarjoja.

Käytännössä kvanttipiirejä on rakennettu useilla teknologioilla: suprajohteiset qubitit ovat yleisiä suurissa laitetyypeissä IBM:n, Googlen ja Rigettin kokeellisissa järjestelmissä; ionilaitteisiin perustuvat kvanttipiirit (esim. IonQ, Quantinuum); sekä puolijohde- ja fotonipohjaiset toteutukset.

Nykyisin puhutaan NISQ-aikakaudesta (noisy intermediate-scale quantum), jolloin laitteet ovat suhteellisen suuria mutta eivät virheettömiä. Tämän vuoksi usein sovellukset perustuvat hybridilaskentaan, jossa kvantti- ja klassinen laskenta toimivat yhdessä.

Potentiaalisia käyttökohteita ovat kvanttisilla simuloinneilla, kemian ja materiaalien tutkimuksella sekä tietyt optimointi- ja kryptografia-aiheet. Kehitys etenee sekä teoreettisesti että kokeellisesti; kaupallinen, täysin virheetön kvanttitietokone ei ole vielä toteutunut.