kvanttipiireistä

Kvanttipiiri on laskentamalli kvanttilaskennalle, jossa laskenta suoritetaan kvanttipiirein. Piiri koostuu kubitteista, joiden tilat voivat olla superposisiossa ja jotka voivat olla toisiinsa kytkettyjä kvanttigateilla. Laskenta etenee ajastetuissa kerroksissa: yksittäisiä kubittien portteja (gates) sovelletaan peräkkäin tai samanaikaisesti. Piirin lopussa tilat mitataan, jolloin kvanttitilaemme muuttuu klassisiksi bittitiedoiksi.

Kubittien toteutuksiin käytetään erilaisia fyysisiä järjestelmiä, kuten suprakonduktiivisia kubitteja, trapattuja ioneja tai fotonisia tiloja. Tavallisia kvanttigateja ovat yksittäiset kubittigateet (X, Y, Z, H, S, T) sekä kaksikytkentäiset gateit (CNOT, CZ, iSWAP). Universaaliin laskentaan riittää usein jokin standardi gate-setti, esimerkiksi Clifford+T. Piirejä voidaan esittää sekä visuaalisesti että matemaattisesti, ja ne kuvaavat ohjelman lohkoina, joita voidaan toteuttaa laitteen mukaan.

Kvanttipiirien suorituskykyä mitataan leveydellä (kubittien määrä) ja syvyydellä (gatekerrosten määrä), sekä fidelitylla ja muilla virheindikaattoreilla. Virheitä torjutaan kvanttivirheenkorjauksella, ja erilaiset koodit, kuten pintakoodi, pyrkivät mahdollistamaan loogisten kubittien rakentamisen ja virheiden hallinnan. Haasteisiin kuuluvat decoherenssi, mittausääni ja laitteistokohtaiset rajoitukset.

Kvanttipiirejä sovelletaan useilla aloilla, kuten kvanttialgoritmeihin (esim. Shorin ja Groverin algoritmit), kvanttisimulointiin ja kvanttikemiaan. Eri teknologiat vaativat erityisiä kompilaatiomenetelmiä ja virheenkorjausratkaisuja, mutta perusperiaate on yhteinen: muuntaa korkean tason laskenta koherenttien porttien sarjaksi, jota voidaan ajaa fyysisessä järjestelmässä.