一种理论上实现普适量子复制机的量子线路

摘要

量子信息学近些年来逐步受到人们的关注，它是建立在量子力学和计算机科学基础上的一门新兴学科。在经典信息学中，信息是可以被精确复制的，而在量子信息学中，信息是不可以被精确复制的。这是经典信息和量子信息的主要区别之一。在1982年，Wootters和Zures提出了量子不可克隆定理，它利用量子力学的线性特性否定了对未知量子态精确复制的可能性。在量子不可克隆基础上的量子复制机输出状态依赖于输入状态，对一些量子态复制的很好，对一些量子态复制的较差。1996年，Buzek和Hillery提出一种普适量子复制机模型，它不依赖于输入态，这种复制机可以使复制品的相似程度大大提高。本论文从理论上给出了实现普适量子复制机的量子线路。
　　 本论文首先介绍了什么是量子复制以及量子不可克隆定理；接着简单介绍了W-Z量子复制机和普适量子复制机。
　　 然后，本论文简单叙述了与量子线路相关的基础知识。包括，量子比特和量子比特门的定义；量子线路的受控运算；如何将一个酉矩阵分解成多个二级酉矩阵的乘积；任何一个n位量子比特的二级酉运算可以用单量子比特门和受控非门来实现。
　　 本论文的主要部分是我们从 Buzek和Hillery提出的普适量子复制机模型入手，先计算实现该复制机的酉矩阵，并将该酉矩阵分解成为多个二级酉矩阵的乘积，再把每一个二级酉矩阵用受控线路实现，将这些受控线路串联起来，我们最后得到普适量子复制机的量子线路表达形式。