基于测量的量子计算——如何实现通用的量子门集

摘要

量子计算与量子信息是量子力学与计算机理论相结合而产生的一门新型交叉学科。在量子信息论中已经存在一个标准的量子计算模型——量子线路，并且已经证明了这个模型利用单量子比特门和一个受控非门可以进行通用的计算。本文论述两种基于测量的量子计算模型——维量子计算模型（One way quantum computation，简称1WQC），量子隐形传态计算模型（Teleportation quantum computation，简称TQC）。1WQC模型通过在一个簇态上作用一系列一个量子位的测量进行计算，而TQC模型利用隐形传态门的思想通过作用一系列旋转Bell测量进行计算。并且论述了这两个模型也可以进行通用的量子计算和这两个模型间的两个联系。 本文通过对基于测量的量子计算模型进行研究，在部分总结前人研究成果的基础上主要做了如下工作：1）将1WQC模型实现的单个单量子比特门推广到连续作用一系列的单量子比特门的情况，在一个4n+1个量子位组成的簇态上通过4n次单量子位的测量可以连续实现n个量子门Ui（1≤i≤n）；2）考虑到在TQC模型中旋转Bell态需要作用一个单量子比特门，根据U=Rx（α）Rz（β）Rx（η）重复三次旋转Bell态｜β（±Uk）ij）测量实现一个单量子比特门，其中量子门Uk表示在第k次旋转测量时所需要的旋转算子，而Uk前面的符号由前面的测量结果决定；3）将TQC和1WQC模型连接起来形成一个新的模型，将1WQC实现的量子门直接作用在Bell态上得到旋转Bell态，再利用得到的旋转Bell态在TQC模型中进行计算，这样在TQC模型中就不用额外设计量子门了。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作

1.4本文的结构

第二章 量子计算与量子信息的准备知识

2.1量子比特的概念

2.2量子力学假设

2.3量子线路模型

2.4量子隐形传态

2.5本章小结

第三章 基于测量的量子计算

3.1量子隐形传态计算模型

3.2一维量子计算模型

3.3本章小结

第四章 模型间的联系

4.1 TQC和1WQC模型的异同点

4.2 TQC和1WQC模型的联系

4.3 TQC模型与1WQC模型的连接

4.4本章小结

第五章 结束语

5.1 总结

5.2进一步的工作

参考文献

致谢