kvanttilaskennalle

Kvanttilaskenta on laskentamenetelmä, jossa tieto käsitellään kvanttitiloilla. Sen perusyksikkö on qubit, joka voi olla samanaikaisesti useassa tilassa superpositiossa ja olla kiinteästi kytketty muihin qubiteihin eli entangled. Kvanttilaskennan operatioita toteutetaan kvanttiporteilla, jotka muokkaavat tilaa, ja laskenta etenee interferenssin avulla; lopuksi mitataan, jolloin kvanttitilasta saadaan klassinen tulos.

Kvanttiportit ovat lineaarisia, yksikäsitteisiä operaatioita; tilan mittaaminen tuottaa klassisen arvon. No-cloning-laki estää tuntemattoman kvanttitilan kopioimisen. Kvanttilaskennan vahvuudet tulevat siitä, että tietyt ongelmat voivat olla helpommin ratkaistavissa kvanttiparituksella kuin klassisella laskennalla.

Kvanttilaskenta voi tarjota nopeutta joillekin ongelmille. Tunnettuja algoritmeja ovat Shorin algoritmi faktorisoinnissa, Groverin haku ja kvantti Fourier -muunnos. Näihin liittyy kvanttisimulaatio, jota käytetään esimerkiksi kemian ja materiaalitieteen ongelmien modelloinnissa sekä monimutkaisten optimointitehtävien ratkaisemisessa.

Laitteistossa on useita teknologioita: suprakondensaattiset qubitit (esim. IBM, Google), trapped-ion-qubitit (IonQ, yritysmarkkinat) sekä fotoniset järjestelmät. Nykyinen aikakausi, niin sanottu häiriöherkkä keskikokoisten kvanttijärjestelmien (NISQ) vaihe, sisältää kohtuullisen määrän qubiteja mutta merkittäviä virheitä ja rajoituksia. Virheenkorjaus ja skaalautuvuus ovat aktiivisia tutkimusalueita.

Kvanttilaskentaa pidetään lupaavana kvanttisimuloinneissa, kemian ja materiaalien tutkimuksessa sekä tietyissä optimointitehtävissä. Kryptografiassa se haastaa nykyisen julkisen avaimen salauksen, mutta samalla kehitetään kvanttiturvallisia ratkaisuja. Täysin käytännöllinen, laajasti sovellettu kvanttilaskenta vaatii edelleen merkittäviä teknisiä läpimurtoja.