Kvanttiohjelmointi

Kvanttiohjelmointi on prosessi, jossa suunnitellaan tai kootaan käskysarjoja, joita kutsutaan kvanttipiireiksi. Prosessissa käytetään portteja, kytkimiä ja operaattoreita, joiden avulla manipuloidaan fysikaalista kvanttisysteemiä halutun lopputuloksen tai tietyn kokeen tulosten saavuttamiseksi.

Kvanttitietokoneita käytetään enimmäkseen erilaisten pilvipalveluiden kautta^[1]. Tämänkaltaisia pilvipalveluihin kytkettyjä kvanttitietokoneita tarjoaa mm. IBM:n Qiskit-ohjelmointiympäristö, jossa käytetään pääosin Python-ohjelmointikieltä. Samankaltaisia palveluita myydään mm. Microsoftin Azure-pilvipalvelussa, jossa voi käyttää Q#-ohjelmointikieltä^[1]. Muita kilpailevia palveluita ovat mm. Amazonin Braket ja Googlen Cirq^[1].

Yksi vaihtoehto on simuloida ohjelmia binääritietokoneilla. Tämän kvanttisimulaattoriksi kutsutun lähestymistavan heikkous on se, että simuloitujen kubittimäärien kasvaessa ohjelman simulointiin vaadittava aika kasvaa eksponentiaalisesti klassisilla tietokoneilla.

Kvanttiohjelmointikielet voidaan jaotella kahteen osioon, imperatiivisiin ohjelmointikieliin ja funktionaalisiin ohjelmointikieliin. Esimerkkeinä ensimmäisestä ovat ohjelmointikielet QCL^[2] ja LanQ^[3], toisesta taas QPL^[4] ja QML^[5].

Kvanttitietokoneiden ohjelmoinnissa on varauduttava niiden rajoitteisiin, kuten epävakauteen ja virhealttiuteen.^[6] Tietokoneissa käytettävät kvanttialgoritmit soveltavat lineaarialgebraa ja todennäköisyyslaskentaa.^[6]

• Mingsheng, Ying: Foundations of Quantum Programming. Toinen uudistettu painos. Morgan Kaufmann; Elsevier, 2024. ISBN 978-0-443-15942-8 (nidottu) ja  ISBN 978-0-443-15943-5 (E-kirja). Finna.fi-tietokanta. (englanniksi)
• Serrano, Manuel A.; Pérez-Castillo, Ricardo ja Piattini, Mario (toim.): Quantum Software Engineering. Springer Cham, 2022. ISBN 978-3-031-05326-9 (pehmeäkantinen),  ISBN 978-3-031-05323-8 (kovakantinen) ja  ISBN 978-3-031-05324-5 (E-kirja). doi:10.1007/978-3-031-05324-5. (englanniksi)

• Hidary, Jack D.: Quantum Computing: An Applied Approach. 2. painos. Springer, 2021. ISBN 978-3-030-83273-5 ja  ISBN 9783030239220 (E-kirja). Finna.fi-tietokanta. doi:10.1007/978-3-030-83274-2. (englanniksi)
• Johnston, Eric R.; Harrigan Nic ja Gimeno-Segovia, Mercedes: Programming Quantum Computers: Essential Algorithms and Code Samples. 1. painos. Sebastopol, Kalifornia: O'Reilly Media, 2019. ISBN 978-1-492-03968-6 (nidottu) &  ISBN 978-1-4920-3965-5 (E-kirja). Finna.fi-tietokanta. (englanniksi)
• Sharkey, Keeper & Chancé, Alain: Quantum Chemistry and Computing for the Curious: Illustrated with Python and Qiskit® code. Packt, 2022. ISBN 978-1-80324-390-0 (nidottu). Finna.fi-tietokanta. (englanniksi)
• Hundt, Robert: Quantum Computing for Programmers. Toinen uudistettu painos. Cambridge: Cambridge University Press, 2022. ISBN 978-1-009-09817-5 (sidottu) ja  ISBN 978-1-009-10320-6 (E-kirja). Kustantajan verkkosivut. doi:10.1017/9781009099974. (englanniksi)
• Mehta, Nihal: Quantum Computing: Program Next-Gen Computers for Hard, Real-World Applications. Finna.fi-tietokanta. Pragmatic Bookshelf, 2020. ISBN 978-1-68050-720-1 (nidottu) &  ISBN 978-1-68050-810-9 (E-kirja). Kustantajan verkkosivut. (englanniksi)
• Ganguly, Srinjoy & Cambier, Thomas: Quantum Computing with Silq Programming: Get up and running with quantum computing with the simplicity of this new high-level programming language. 1. painos. Packt Publishing, 2021. ISBN 978-1-80056-966-9. Finna.fi-tietokanta. (englanniksi)
• Kurgalinm, Sergei & Borzunov, Sergei: Concise Guide to Quantum Computing: Algorithms, Exercises, and Implementations. Springer Cham, 2021. ISSN: 1868-0941 & E-ISSN: 1868-095X. ISBN 978-3-030-65054-4 (pehmeäkantinen) &  ISBN 978-3-030-65052-0 (E-kirja). Finna.fi-tietokanta. doi:10.1007/978-3-030-65052-0. (englanniksi)
• Bolívar, Nelson (toim.): Handbook of Quantum Computation. Arcler Press, 2018. ISBN 978-1-77361-101-3. Finna.fi-tietokanta. (englanniksi)
• Weaver, James & Harkins, Francis: Qiskit Pocket Guide: Quantum Development with Qiskit. 1. painos. O'Reilly Media, 2022. ISBN 9781098112479. Finna.fi-tietokanta. (englanniksi)
• Loredo, Robert: Learn Quantum Computing with Python and IBM Quantum: Write your own practical quantum programs with Python. 2. painos. Packt Publishing, 2024. ISBN 9781803244808. (englanniksi)
• Marturano, Pierpaolo: Quantum Computing: A Developer's Guide. De Gruyter, 2024. ISBN 978-3-11-063675-8. (englanniksi)

• Metsäpuro, Heikki: Kvanttiohjelmointi ja opetus: Kvanttiohjelmointi: opetus: opetustarjonta ja ohjelmoija. Tampereen yliopisto, 2023. Kandidaatin tutkielma (PDF).
• Haranko, Karri et al.: Kvanttitietokoneiden ohjelmointi ja käyttö. Kandidaatin tutkielma. Aalto-yliopisto, 2016. Finna.fi-tietokanta.
• Liimatainen, Janne: Kvanttikoneohjelmointi. Jyväskylän yliopisto, 2016. Kandidaatin tutkielma (PDF).
• Talvivaara, Jarmo & Hatakka, Olli: Lisäarvoa tuottavien kvanttilaskentapalveluiden kartoitus ja esimerkkejä eri toimialueilla. Tutkimusraportti. Karelia-ammattikorkeakoulu, 2023. Finna.fi-tietokanta (PDF).
• Heinonen, Henri: Katsaus kvanttilaskentateknologiaan ja sen sovelluksiin. Tutkimusraportti. Jyväskylän yliopisto, 2021. ISBN 978-951-39-8533-2 (painettu kirja) &  ISBN 978-951-39-8534-9 (E-kirja). Raportin verkkoversio (PDF).