NISQ-aikakauden kvanttitietokoneet kohtaavat edelleen useita rajoituksia, kuten rajallisen kubittimäärän, kohinan, lyhyen koherenssiajan sekä rajoittuneen laitteistokytkeytyvyyden. Näiden rajoitusten vuoksi suurten kvanttipiirien suorittaminen nykyisellä kvanttilaitteistolla on edelleen vaikeaa. Skaalautuvuuden parantamiseksi tutkijat ovat kehittäneet circuit knitting-, circuit partitioning- ja hajautetun kvanttilaskennan menetelmiä. Tämä tutkielma esittää luokitteluun perustuvan kirjallisuuskatsauksen näistä tutkimusalueista. Työssä tarkastellaan keskeisiä haasteita, kuten näytteenottoylikuormaa, rekonstruktiokustannuksia, viestinnän monimutkaisuutta sekä laitteistotietoista suorittamista. Lisäksi tutkielmassa käsitellään viimeaikaisia kehityssuuntia adaptiivisissa, automatisoiduissa ja hybridisissä kvantti- ja klassisissa järjestelmissä. Tulokset osoittavat, että näytteenottoylikuorma ja lomittumisen jakaminen ovat edelleen merkittäviä haasteita skaalautuville kvanttijärjestelmille.
NISQ-aikakauden kvanttitietokoneet kohtaavat edelleen useita rajoituksia, kuten rajallisen kubittimäärän, kohinan, lyhyen koherenssiajan sekä rajoittuneen laitteistokytkeytyvyyden. Näiden rajoitusten vuoksi suurten kvanttipiirien suorittaminen nykyisellä kvanttilaitteistolla on edelleen vaikeaa. Skaalautuvuuden parantamiseksi tutkijat ovat kehittäneet circuit knitting-, circuit partitioning- ja hajautetun kvanttilaskennan menetelmiä. Tämä tutkielma esittää luokitteluun perustuvan kirjallisuuskatsauksen näistä tutkimusalueista. Työssä tarkastellaan keskeisiä haasteita, kuten näytteenottoylikuormaa, rekonstruktiokustannuksia, viestinnän monimutkaisuutta sekä laitteistotietoista suorittamista. Lisäksi tutkielmassa käsitellään viimeaikaisia kehityssuuntia adaptiivisissa, automatisoiduissa ja hybridisissä kvantti- ja klassisissa järjestelmissä. Tulokset osoittavat, että näytteenottoylikuorma ja lomittumisen jakaminen ovat edelleen merkittäviä haasteita skaalautuville kvanttijärjestelmille.
Kvanttitietokoneiden teknologia kehittyy nopeasti, lähentäen päivää, jolloin niitä pystytään hyödyntämään käytännössä. Tällöin, laskennassa käytetty salainen informaatio pystyttävä suojaamaan. Tässä työssä kartoitetaan kvanttilaskennan turvallisuusongelmia ja suojakeinoja semi-systemaattisen kirjallisuuskatsauksen avulla. Työssä havaittiin, että nykyisissä ja suunnitelluissa käyttömalleissa löytyvien tietoturva-aukkojen takia pilvipalvelut, sekä niiden muut käyttäjät muodostavat merkittävän turvallisuusuhan. Lisäksi, löydettyjen uhkien torjuntakeinojen kehitys on vasta aluillaan. Havainnot osoittavat, että kvanttilaskennan turvaaminen vaatii vielä suuria ponnistuksia.
Nykyiset keskikoon kvanttitietokoneet ovat häiriöherkkiä, ja kvanttilaskenta on luonteeltaan todannäköisyyspohjaista. Tästä johtuen ohjelmoijat ja tutkijat kohtaavat merkittäviä toistettavuushaasteita toimiessaan tämän sukupolven kvanttiohjelmointi ympärsitöissä. Järjestelmmällinen kokeiden seuranta tarjoaa ratkaisun tähän onglemaan. Seurantakäytännöt eivät kuitenkaan ole vielä laajasti yleistyneet, sillä niiden toteuttaminen vaatii osaamista käytettävistä ohjelmistoista, sekä tuntemusta kvanttilaskennan ja -tietokoneiden tietojen eheydestä ja olennaisista seurattavista tietueista. Aiempaan tutkimukseemme, jossa toteutimme MLflow-ohjelmistoon pohjautuvan kokeiden seuranta järjestelmän Qubernetes alustalle, pohjautuen, tässä pro gradu -tutkielmassa selvitetään tekoälypohjaisen avustajan käyttöä seurannan toteutuksessa.Tutkimuksen tuotoksena toteutettin ohjelmistoratkaisu. Ohjelmisto toteutettiin Visual studio code - ohjelmiston laajennoksena ja se on toteutettu Python-kielellä. Toteutus tarjoaa käyttäjälle tukea kvanttiohjelmointi kokeiden seurannassa ohejistamalla seurattavien kohteiden asettamisessa ja valinnassa. Kehitetty ohjelmisto on toteutettu toimimaan Qiskit-kirjastoon perustuvien ohjelmistojen kanssa. RAGAS-menetelmään perustuvan avustaja ominaisuuksien arvioinnin mukaan hybridietsintämenetelmämn ja RAG-agenttiarkkitehtuurin yhdistäminen saavutti parhaimmat koetulokset, 0,908, oikeellisuuden arvioinnissa OpenAI:n GPT -5.4-mallilla. Paikallisesti suoritettuna toteutuksena Qwen 3.5 (9b)-malli saavutti koetuloksen 0,814, joka osoitti mallin olevan varteenotettava vaihtoehto kaupallisille ulkoistetuille malleille. Osana tutkimustyötä toteutettu koodin syöttö-ominaisuus paljasti puutteita kvanttilaskennan erityispiirteisiin ja sen kannalta olennaisiin tietueisiin liittyen. Toimiakseen suunnitellulla tavalla ominaisuus vaatisi jatkokehitystä. Tämä pro gradu -tutkielma esittelee tuotetun ohjelmistoratkaisun ja kuvaa sen arvioinnin RAG järjestelmien arviointiin tarkoitetulla menetelmällä. Työssä kohtaa kaksi nousevaa tietotekniikanalaa, kvanttiohjelmoinnin ja tekoälyn käytön ohjelmistokehtyksen tukena.
Kvanttilaskennan kehittyminen haastaa merkittävästi nykyisiä salausmenetelmiä. Nykyisten menetelmien turvallisuus perustuu matemaattisiin ongelmiin, jotka ovat perinteisillä tietokoneilla erittäin vaikeita ratkaista. Erityisen haavoittuvia ovat julkisen avaimen salausmenetelmät, kuten RSA ja elliptisiin käyriin perustuva salaus. Näiden turvallisuus heikkenee merkittävästi, mikäli tehokkaat kvanttialgoritmit toteutuvat laajamittaisilla ja virheenkorjatuilla kvanttijärjestelmillä. Tämän kandidaatintutkielman tavoitteena on tarkastella kvanttilaskennan vaikutuksia klassisiin salausmenetelmiin sekä analysoida, millaisia kvanttiturvallisia ratkaisuja tutkimuskirjallisuus esittää. Tutkimus toteutettiin systemaattisesti tehtynä kirjallisuuskatsauksena, jota ohjasi temaattinen analyysi. Aineisto jäsennettiin kolmen keskeisen teeman mukaisesti: kvanttilaskennan aiheuttamat kryptografiset uhat, kvanttiturvallisten salausratkaisujen kehitys sekä soveltavat ympäristöt kuten IoT-laitteet ja kriittiset infrastruktuurit. Tulokset osoittavat, että epäsymmetriset salausmenetelmät ovat erityisen alttiita kvanttiuhille. Symmetrinen salaus voidaan sen sijaan säilyttää turvallisena kasvattamalla avainpituuksia. Ristikkorakenteisiin perustuvat algoritmit, kuten Kyber ja Dilithium, nousevat keskeisiksi kvanttiturvallisiksi vaihtoehdoiksi. Kvanttiavainten jako tarjoaa fyysisesti suojatun viestintätavan, mutta sen sovellettavuus on toistaiseksi rajattua. Pitkän elinkaaren järjestelmät, kuten teolliset verkot ja sulautetut laitteet, ovat erityisen haavoittuvia niin kutsutuille tallenna nyt, pura myöhemmin -hyökkäyksille. Kokonaisuutena tutkielma osoittaa, että kvanttilaskenta muuttaa kryptografian turvallisuusolettamuksia ja korostaa ennakoivan riskienhallinnan merkitystä tulevaisuuden tietoturvassa.
Hajautettu kvanttilaskenta viittaa kirjallisuudessa kahteen erilliseen käsitteeseen: hajautettuun kvanttitietokonearkkitehtuuriin sekä laajamittaiseen kvantti-internetiin. Tämä kirjallisuuskatsaus tarkastelee näitä näkökulmia erikseen ja arvioi kummankin tutkimusalueen nykytilaa. Kvanttitietokonearkkitehtuurin osalta hajautettu malli on osoittautunut lupaavaksi ratkaisuksi keskeiseen skaalautuvuusongelmaan: yksittäisten piirien koon pienentäminen vähentää kohinaa, ja usean suorittimen yhteistoiminta parantaa virheenkestävyyttä. NISQ-aikakauden merkittävimpiä saavutuksia ovat IBM:n hajautettu Quantum System Two, joka on viisinkertaisesti virheenkestävämpi kuin yhtiön kubittimäärältään lähes kolminkertainen yksittäinen Condor-suoritin, sekä Quantinuumin H2-järjestelmä, joka saavutti julkaisunsa hetkellä alan parhaan kvanttivoluumin. Kvantti-internetin runkona toimivat fotoniset kvanttikommunikaatioväylät. Langalliset valokuitukanavat soveltuvat lyhyille ja keskipitkille etäisyyksille ja langattomat erityisesti pitkille mannertenvälisille etäisyyksille. Moniydinkuidut ja kohinanvaimennusalgoritmit mahdollistavat kvantti- ja klassisten signaalien yhteissiirron olemassa olevissa verkoissa. Satelliittipohjaisissa langattomissa kanavissa on saavutettu yli 12 000 kilometrin yhteysetäisyydet, ja adaptiivisen optiikan soveltaminen on parantanut signaalinlaatua merkittävästi turbulenteissa olosuhteissa. Molemmissa kanavatyypeissä suurin rajoittava tekijä on riittämätön lomittuneiden parien generointinopeus. Molemmat tutkimusalueet ovat toisiaan täydentäviä ja kehittyvät nopeasti. Ensimmäinen virheenkestävä kvanttitietokone voi olla rakennettavissa lähivuosikymmeninä ja mahdollisesti arkkitehtuuriltaan hajautettu.
Tämän insinöörityön keskeinen tutkimuskysymys on, miten kvanttitietokoneiden kehitys vaikuttaa nykyisiin salausmenetelmiin ja millä tavoin post-kvanttinen kryptografia vastaa näihin uhkiin. Lisäksi työ tarkastelee post-kvanttisten ratkaisujen käyttöönottoon liittyviä teknisiä ja organisatorisia haasteita. Tutkimuskysymykseen vastaamiseksi työssä tarkastellaan kvanttilaskennan keskeisiä periaatteita, kuten superpositiota, lomittumista ja interferenssiä, jotka mahdollistavat laskentatehon, johon klassiset tietokoneet eivät kykene. Näiden ilmiöiden hyödyntäminen tekee kvanttitietokoneista erityisen tehokkaita ratkaisemaan matemaattisia ongelmia, jotka muodostavat nykyisten epäsymmetristen salausmenetelmien, kuten RSA:n ja ECC:n, turvallisuuden perustan. Työssä analysoitiin modernien salausalgoritmien toimintaa ja kvanttiuhkia, jotka kohdistuvat erityisesti julkisen avaimen menetelmiin. Symmetristen algoritmien, kuten AES:n, todettiin säilyttävän turvallisuutensa kvanttiuhkia vastaan avainpituuksia kasvattamalla, kun taas epäsymmetriset menetelmät ovat haavoittuvaisia Shorin algoritmille. Lisäksi työssä esiteltiin NIST:n standardoimat post-kvanttiset algoritmit, kuten Kyber ja Dilithium, sekä niiden keskeiset ominaisuudet ja käyttöönottoon liittyvät haasteet. Työn johtopäätökset osoittavat, että siirtyminen post-kvanttiseen kryptografiaan on välttämätöntä tulevien vuosien aikana. Kvanttiuhkien aikataulu on epävarma, ja erityisesti Harvest Now, Decrypt Later -skenaario korostaa tarvetta aloittaa valmistelut ajoissa. Työ tarjoaa kokonaiskuvan kvanttiajan tietoturvahaasteista ja toimii lähtökohtana organisaatioille, jotka suunnittelevat kvanttiturvallisten järjestelmien käyttöönottoa.
Tämä kanditutkielma tarkastelee kvanttiohjelmistojen testauksen kustannustehokkuutta. Työssä vertaillaan simulaatioympäristöä todelliseen kvanttilaitteistoon. Tutkimuksen pääkysymys on, kuinka tehokkaita kvanttiohjelmistosimulaatiot ovat verrattuna kvanttilaitteistoon. Tutkimus on toteutettu kirjallisuuskatsauksena, jossa on analysoitu alan ajankohtaisia tutkimuksia, kustannusmalleja ja teknisiä rajoitteita. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että simulaatiot ovat tällä hetkellä saavutettavampia ja kustannustehokkaampia erityisesti kehityksen alkuvaiheessa. Kvanttilaitteistot kuitenkin tarjoavat realistisemman testausympäristön, mutta niiden käyttö on kallista ja teknisesti rajattua. Analyysin perusteella hybridimalli, jossa simulaatiota käytetään prototyyppien kehitykseen ja laitteistoa lopulliseen validointiin, on käytännöllisin lähestymistapa. Tutkimus korostaa tarvetta kehittää yhtenäisiä kustannusmalleja, skaalautuvia simulaatioarkitehtuureja ja tasa-arvoisia pääsymalleja kvanttilaitteistojen testaukseen. Näiden haasteiden ratkaiseminen on keskeistä kvanttiohjelmistotekniikan kestävälle ja tehokkaalle kehitykselle.