kvanttipiireissä

Kvanttipiirit ovat laskentamalli, jossa informaatio esitetään kvanttibitien (qubitien) tiloina ja jossa laskenta muodostuu sarjasta kvanttiporteista. Portit ovat yksikauuttisia operaatioita, jotka muuntavat tilaa. Kvanttipiirit voivat kuvata sekä teoreettista laskentaa että fyysisiä toteutuksia, joissa informaatiota käsitellään kvantittisesti.

Qubitit voivat olla superpositiossa tilassa a|0> + b|1> ja ne voivat muodostaa toisiinsa kytkettyjä tiloja, jolloin syntyy entanglementtia. Mittaus palauttaa klassisen tuloksen, ja mittaus muuttaa tilan koherenssia.

Porttien joukko on yleisesti universaali: esimerkiksi X-, Y- ja Z-portit, Hadamard-portti (H), faseportit sekä kontrolloidut portit kuten CNOT (Controlled-NOT) tai CZ. Näiden porttien yhdistelmillä voidaan toteuttaa minkä tahansa komplementaarisen yksikään operaation laskenta, mikä tekee kvanttipiireistä potentiaalisesti yleisiä laskennan malleja.

Piiri ohjelmoidaan asettamalla qubitit aloitustilaan |0>, soveltamalla portteja ja lopuksi mittaamalla. Tulokset ovat tilastollisia, ja ne karttuvat toistokokeiden kautta luotaviin luotettaviin tuloksiin.

Kehitys ja rajoitukset: kvanttipiirit ovat erittäin herkkiä ympäristön kohinalle ja dekoherenssille. Virheenkorjausmenetelmät ja virheenkestävä laskenta ovat keskeisiä tutkimusaiheita; yleisiä ratkaisuja ovat pinta-koodit ja muut virheenkorjausmenetelmät.

Toteutukset: nykyisin yleisiä teknologioita ovat suprakonduktiiviset qubitit, trappattujen ionien qubitit sekä fotoniset ja puolijohdepohjaiset qubitit. Kvanttipiirejä sovelletaan kvanttisimulaatioihin, kvanttialgoritmeihin (kuten Shor ja Grover), kvanttitasa- ja kemian simulointeihin sekä muuhun kvanttin laskentaan.