4.1 Quantumcircuits

Als je veel qubits gebruikt en daar veel bewerkingen op toepast, raak je makkelijk het overzicht kwijt. Net zoals een componist bladmuziek schrijft om elke muzikant van een orkest instructies te geven over welke noot ze op welk moment moeten spelen, zo geven quantumcircuits een mooie beschrijving van welke bewerking op welk moment op welke qubit moet worden toegepast. Elke bewerking kan je zien als een andere noot en elke qubit kan je zien als een andere muzikant in een orkest!

Maar in tegenstelling tot een orkest kunnen sommige quantumbewerkingen op twee (of soms zelfs drie!) qubits tegelijk werken. Dit is alsof je de gitarist vraagt om op de viool te tokkelen terwijl de violist de gitaar strijkt! Zulke interacties tussen muzikanten (of qubits) kunnen heel leuk zijn en een veel voller en complexer geluid maken. Maar in de praktijk kan het lastig zijn om dit uit te voeren (je kunt je voorstellen dat de violist over het podium heen moet rennen om bij de gitarist te komen!). Bovendien kan tijdens deze hectische samenwerking tussen de twee muzikanten het haar van de violist verstrikt raken in de grote oorbellen van de gitarist, waardoor ze de rest van het stuk samen moeten spelen.

Als je meer wisselwerkingen uitvoert op de qubits, dan raken ze vaak meer verstrengeld. Aan het eind van het stuk zijn alle qubits meestal zo met elkaar verstrengeld dat ze een ontzettend ingewikkelde toestand vormen. De enige manier om ze uit elkaar te halen en terug te brengen naar een redelijke toestand is door ze te meten! Dit is precies hoe in het algemeen een quantumberekening werkt. Formeler gezegd bestaat een quantumcircuit uit drie ingrediënten:

1. 1.
   ​

   een begintoestand, meestal elke qubit in de toestand $\left|0\right\rangle$,

2. 2.
   ​

   een reeks quantumbewerkingen, waarbij elke bewerking op maar een paar qubits tegelijk werkt (meestal één of twee qubits),

3. 3.
   ​

   metingen om de informatie uit te lezen (meestal meten we alle qubits).

We kunnen quantumcircuits grafisch weergeven met hetzelfde soort plaatjes dat we al kennen van Quirky. Als we het over quantumcircuits hebben, worden bewerkingen en metingen vaak quantum-gates genoemd (bijvoorbeeld ’Hadamard-gate’ in plaats van ’Hadamard-bewerking’). Laten we nu eens wat dieper ingaan op de drie ingrediënten en kijken hoe ze zich in een groot orkest van qubits gedragen.