Kvanttitietokoneissa

Kvanttitietokoneet ovat laskentajärjestelmiä, jotka käyttävät kvanttitiloja tiedon tallentamiseen ja laskemiseen. Keskeisiä ilmiöitä ovat superpositio ja kvanttinen kietoutuminen, joiden ansiosta qubitit voivat olla useissa tiloissa samanaikaisesti ja vaikuttaa toisiinsa epätavallisella tavalla. Laskenta toteutetaan kvanttigateilla, joiden avulla järjestelmän tilaa muokataan tarkasti.

Käyttöalustoja on useita. Yleisimmät ovat superjohtavien piirien (superconducting qubits) ja trap-ioneilla (trapped ion qubits) toteutetut qubitit. Muita tutkimusvaihtoehtoja ovat topologiset qubitit ja fotoniset järjestelmät. Alustat eroavat sekä skaalautuvuudessa että virheiden kestossa ja käytännön käyttötapauksissa.

Merkittäviä algoritmeja ovat Shorin algoritmi ja Groverin hakualgoritmi sekä variational quantum eigensolver (VQE) ja QAOA. NISQ- eli noisy intermediate-scale quantum -koneet ovat tällä hetkellä yleisiä: niissä on rajallinen määrä qubiteja ja huomattavia virheitä, mikä rajoittaa laitteiden kykyä ratkaista ongelmia ilman virheenkorjausta.

Sovellukset kattavat kemiallisten ja materiaalien ominaisuuksien simuloinnin, erilaisten optimointiongelmien käsittelyn sekä tietyntyyppiset tietotekniset tutkimukset. Nykytilassa odotetaan merkittäviä edistysaskeleita sekä virheenkorjauksen että skaalautuvuuden kehityksessä, ennen kuin kvanttitietokoneet tuottavat laajasti käytännön ratkaisuja.