kvanttitietojenkäsittelyn

Kvanttitietojenkäsittely on tietojenkäsittelyn ala, jossa informaatiota käsitellään kvanttijärjestelmien avulla. Keskeisiä käsitteitä ovat kubitit, superpositio ja kvantti-kietoutuminen. Tavoitteena on kehittää laskenta- ja viestintämenetelmiä, jotka voivat tarjota etuja klassisiin laitteisiin nähden.

Kubitti voi olla superpositiossa, jolloin se voi edustaa tiloja useamman vaihtoehdon samanaikaisesti. Useat kubitit voivat olla kietoutuneita, jolloin niiden tilat ovat riippuvaisia toisistaan. Näiden ominaisuuksien avulla voidaan toteuttaa kvanttiportteja, kuten Hadamard- ja CNOT-portteja, sekä rakentaa kvantti-tilojen laskentaa ja algoritmeja.

Merkittäviä kvanttitietojenkäsittelyn algoritmeja ovat Shorin algoritmi ja Groverin hakualgoritmi. Shorin algoritmi voi teoriassa murtaa suurten kokonaislukujen faktorisoinnin nopeammin kuin tämänhetkiset klassiset menetelmät, mikä vaikuttaa salaukseen; Groverin algoritmi nopeuttaa yleisten epäjärjestettyjen hakujen suorittamista. Näiden ja muiden algoritmien tutkimus määrittää, millä ongelmilla kvanttitietojenkäsittely tarjoaa etua. Yleisesti niillä luokitellaan laskentakäytännöt BQP-luokkaan.

Kvantti-virheenkorjaus ja virhe-toleranssi ovat keskeisiä haasteita, koska kvanttitilat hajoavat ympäristön vaikutuksesta. Kehitetään virheenkorjauskoodeja, kuten pinta-koodeja, ja muita tekniikoita, joilla laskenta voidaan skaalata luotettavasti.

Sovelluksia ovat kvanttitietokoneet, kvanttisimulointi, kvantti-viestintä ja kvanttianturiointi. Toteutuksissa keskitytään erilaisiin fyysisiin järjestelmiin, kuten supraleviteisiin kubitteihin, vangittuihin ioneihin, fotonisiin kubitteihin sekä puolijohdekubit. Nykytilassa ala on pääosin tutkimus- ja kehitysalue, ja työ kohdistuu sekä teorian että teknisten toteutusten kehittämiseen.