Kvanttipiiri

Kvanttipiiri on yleisin malli kvanttilaskennan toteuttamiseen ja se on analoginen klassisten digitaalipiirien kanssa. Se rakentuu kvanttiporteiksi kutsutuista reversiibeleistä (tilanmuutoksista palautettavissa olevista^[2][3]) logiikkaporttien sarjasta, jotka vaikuttavat kubittien kvanttitiloihin. Toisin kuin klassiset piirit, kvanttiportit ovat unitaarisia operaattoreita ja siten palautuvia, joten piirissä on oltava yhtä monta tulo- kuin lähtökubittia. Mittausprosessi rikkoo useimmissa tapauksissa palautuvuuden, sillä aaltofunktio romahtaa mitattuun tilaan.^[1][4][5][6]

Piiri, joka suorittaa kubitin teleportaation.^[1] Tämä piiri koostuu CNOT- ja Hadamard-kvanttiporteista sekä mittauksista kussakin kubitissa.

Kvanttipiirit esitetään vaakasuorina viivoina, jotka edustavat kubitteja, ja laatikkoina, jotka edustavat kvanttiportteja. Niitä luetaan vasemmalta oikealle alkaen alkuperäisistä kubiteista, jotka muuttavat tilansa kulkiessaan eri porttien läpi. Monissa tapauksissa piirin lopussa on kubittien mittauksia, jotka on esitetty kaksinkertaisilla viivoilla ja jotka yhdistävät kubitit klassiseen rekisteriin, joka ottaa arvot 0 ja 1.^[7] Tämän graafisen esityksen alkuperä voidaan jäljittää Richard Feynmanin vuonna 1986 laatimaan varhaiseen versioon kvanttipiiristä^[8].

Lähteet

1. Nielsen, Michael A. & Chuang, Isaac: Quantum Computation and Quantum Information, s. 26-28. Cambridge University Press, 2010. ISBN 978-1-10700-217-3 Kustantajan verkkosivut (viitattu 4.12.2023). (englanniksi)
2. Rantala Risto (päätoim.) & Itkonen Mikko & Suramo, Ari (toimittajat): ”reversiibeli”, Otavan tietosanakirja. (Lainaus: ”reversiibeli, fysiikassa, kemiassa: palautuva (tilanmuutos).”) Helsinki: Otava, 1997. ISBN 951-1-15139-8
3. Honkala, Juha & Halinen, Ari (toim.): ”reversiibeli”, CD-Facta 2005: suomenkielinen tietosanakirja. (lainaus: ”reversiibeli (< lat.), palautuva, käänteinen. Vastakohta: irreversiibeli.”) Helsinki: WSOY, 2004. ISBN 951-0-29149-8
4. Galindo, Alberto & Miguel Angelo Martin-Delgado: Information and computation: Classical and quantum aspects. Reviews of Modern Physics, 2002, 74. vsk, nro 2, s. 347–423. American Physical Society. doi:10.1103/RevModPhys.74.347 (englanniksi)
5. Biham, Eli; Brassard, Gilles; Kenigsberg, Dan; Mor, Tal: Quantum computing without entanglement. Theoretical Computer Science, 2004, 320. vsk, nro 1, s. 15–33. Theoretical Computer Science. doi:10.1016/j.tcs.2004.03.041 MR:2060181 S2CID:295103 Artikkelin verkkoversio. Viitattu 4.12.2023. (englanniksi)
6. Hirvensalo, Mika: Quantum computing. 2. painos Springer, 2010. ISBN 978-3-662-09636-9 (E-kirja) doi:10.1007/978-3-662-09636-9 ISBN 978-3-6420-7383-0 ISSN 1619-7127 E-ISSN 2627-6461 Finna.fi-tietokanta. (englanniksi)
7. Williams, Colin P.: Explorations in Quantum Computing, s. 123–200. 2. painos Lontoo: Springer, 2011. ISBN 978-1-84628-886-9 (sidottu), ISBN 978-1-84628-887-6 (E-kirja) doi:10.1007/978-1-84628-887-6 ISBN 978-1-4471-6801-0 ISSN 1868-0941 E-ISSN 1868-095X Kustantajan verkkosivut (viitattu 4.12.2023). (englanniksi)
8. Feynman, Richard P.: Quantum mechanical computers. Foundations of Physics, 1986, 16. vsk, nro 6, s. 507-531. Springer Science and Business Media. doi:10.1007/bf01886518 ISSN 0015-9018 Artikkelin verkkoversio. Viitattu 4.12.2023. (englanniksi)

Yleiset	Kvanttitietokone DiVincenzon kriteerit Kubitti Kvantti-informaatio Kvanttiohjelmointi Kvanttietokoneiden aikajana Kvanttilaskennan kehityslait Luettelo kvanttisuorittimista Kvanttilaskenta
Kvanttiviestintä	Kvanttisalaus Kvanttiteleportaatio Supertiheä koodi Kvanttivahvistinasema
Kvanttialgoritmit	Shorin algoritmi Kvanttifourier’n muunnos Groverin algoritmi Deutsch–Jozsa-algoritmi Simonin ongelma
Kvanttilaskennan monimutkaisuusteoria	Universaali kvanttitietokone Universaali kvanttisimulaattori
Kvanttilaskennan mallit	Kvanttipiiri Kvanttiportti Topologinen kvanttitietokone Adiabaattinen kvanttitietokone Kvanttikoneoppiminen Kontrafaktuaalinen kvanttilaskenta
Kvanttisuorittimien suorituskykyindikaattorit	Kvanttitilavuus
Dekoherenssin ennaltaehkäisy	Kvanttivirheenkorjaus
Fyysiset toteutustavat	Kvanttioptiikka Kaviteetti-QED Erittäin kylmät atomit Ioniloukku Hila Spin-pohjaiset Ydinmagneettinen resonanssi Suprajohteisiin perustuva Varauskubitti Vuokubitti Faasikubitti Transmon Unimon

Kvantti-informaatiotiede