Kvanttilaskennan aakkoset

Kvanttitietokoneet ovat yhtenään esillä mediassa. Mutta minkälaisia vempeleitä ne ovat? Miten kvanttitietokone eroaa perinteisestä tietokoneesta? Miten kvanttitietokonetta ohjelmoidaan ja mitä on kvanttilaskenta? Entä mitä tarkoitetaan kvantti-informaatiolla?

Kvanttilaskennan aakkoset on kaikille avoin kolmiosainen kurssikokonaisuus. Tervetuloa opiskelemaan Kvanttilaskennan aakkosia!

Kvanttilaskentaa kaikille

Kvanttilaskennan aakkoset on kvantti-informaation ja kvanttilaskennan tietopaketti kaikille kiinnostuneille. Mistä kvanttilaskennassa on kyse?

Informaatio tarvitsee fysikaalisen kappaleen kantajakseen, ja siksi fysiikan lait asettavat rajat sille, miten tietoa voidaan prosessoida. Pienimmät ja herkimmät fysikaaliset systeemit noudattavat kvanttifysiikkaa, joten ne ovat kvanttisysteemejä. Kvanttisysteemit käyttäytyvät eri tavalla kuin arkipäivän fysikaaliset kappaleet. Sen vuoksi kvantti-informaatio ja myös siihen liittyvät informaation prosessoinnin säännöt ovat erilaisia. Ymmärtääksemme informaation prosessoinnin mahdollisuuksia ja rajoituksia, on syytä perehtyä kvantti-informaatioon ja kvanttilaskentaan nyt, kun kvanttitietokoneita rakennetaan ja kehitetään yhä paremmiksi.

Mikä ihmeen kvanttisimulaattori?

Kurssin osat suoritetaan itsenäisesti omaan tahtiin TIM-oppimisympäristössä. Kurssimateriaali on yhdessä dokumentissa, joka koostuu tekstistä, videoista ja tehtävistä. Dokumentti on hiukan kuin ohjeita sisältävä värityskirja, jossa tiedon omaksuminen tapahtuu tekemällä oppien. Tarvittaessa voit kysyä apua keskustelupalstalla.

Kurssisarjan epäilemättä hauskin juttu on kvanttiporttisimulaattori ja sillä suoritettavat tehtävät. Kvanttiporttisimulaattori antaa konkreettisen kuvan siitä, mitä kvanttitietokoneen alkeellinen ohjelmointi tarkoittaa. Kaikkea ei tarjoilla valmiiksi pureksittuna, vaan pääset kokeilemalla selvittämään kvanttiporttien toimintaa.

Kvanttilaskennan ABC

Kvanttilaskennan aakkoset koostuu kolmesta osasta. Voit opiskella pelkän A-osan tai halutessasi jatkaa B- ja C-osiin. A-osa ei vaadi esitietoja. Sitä seuraava B-osa sopii kenelle tahansa A-osan suorittaneelle, joka haluaa tietää lisää kvanttilaskennasta. Jo pelkästään A-osa antaa yleiskuvan kvanttilaskennan peruskäsitteistä ja se on sinällään itsenäinen kurssi.

A-osa

Kvanttiaakkosten A-osassa käydään läpi peruskäsitteitä ilman kvanttifysiikan esitietoja. Kvanttiteorian matemaattinen koneisto tulee mukaan vasta myöhemissä osissa, eli myöskään matematiikan osaamista A-osa ei juurikaan vaadi. Opintojakson viisi aihealuetta ovat kvanttifysiikka, satunnaisuus ja todennäköisyys, informaatio, porttilaskenta sekä kvanttiporttilaskenta.

B-osa

Kvanttiaakkosten B-osan keskiössä ovat kvanttiporttilaskennassa tarvittava matemaattinen merkintätapa ja kvantti-informaatiossa vastaan tulevan matematiikan alkeet. Kurssilla opit, miten kvanttiportteja kuvataan matriiseina ja miten matriisilasku linkittyy kvanttiporttilaskentaan. Matematiikan harjoittelu saattaa vaatia kärsivällisyyttä, mutta tämäkin Kvanttiaakkosten osa on tehty sellaiseksi, että voit oppia asioita tekemisen kautta. Esitiedoiksi et tarvitse muuta kuin A-osan tiedot.