多量子位测量是否在量子电路中有所作为?


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考虑量子计算的单电路模型。如果需要通过电路在输入量子位之间产生纠缠,则它必须具有多量子位门,例如CNOT,因为在本地操作和经典通信下纠缠不会增加。因此,可以说具有多量子位门的量子计算与仅具有局部门的量子计算本质上是不同的。但是测量呢?

包括对多个量子位的同时测量是否会在量子计算中有所作为,还是我们可以用局部测量来模拟这一点并带来一些开销?编辑: 通过“模拟局部测量”,我的意思是与局部测量+任何单一门具有相同的效果。

请注意,我不仅在询问测量一个量子位如何改变已经被问及回答的另一个量子位,或者是否可以进行这样的测量。我很想知道是否包括此类测量可以带来一些新的东西。

Answers:


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纠缠测量很强大。实际上,它们是如此强大,以至于通用量子计算只能通过纠缠测量的序列来执行(即,不需要额外的单一门或特殊的输入状态准备):

  1. 尼尔森(Nielsen)指出,给定量子内存并具有对多达4量子位[ Quant-ph / 0310189 ] 进行投射测量的能力,通用量子计算是可能的。

  2. 上述结果由Fenner和Zhang [ quant-ph / 0111077 ] 扩展到3比特测量。

  3. 后来,Leung提出了一种改进的方法,该方法仅需要2个量子位的测量,这也是充分和必要的[ quant-ph / 0111122 ]。

那里的想法是结合测量序列来驱动计算。这与Raussendorf-Briegel的基于测量的量子计算(MBQC)模型(又称单向量子计算机)非常相似,但是在标准MBQC中,您还限制了测量的非纠缠度(即,它们必须作用于单个量子位)并以纠缠的资源状态作为输入开始(通常是集群状态[Phys。Rev. Lett。86,5188quant-ph / 0301052])。在前面提到的尼尔森(Nielsen),芬纳·张(Fenner-Zhang),梁(Leung)的协议中,您可以进行缠结测量,但是您不依赖任何其他附加资源(即,没有门,没有诸如集群状态之类的特殊输入)。

简而言之,纠缠和局部测量之间的差异类似于纠缠和局部门之间的差异。


PS:如其他答案中所述,您可以使用纠缠门模拟纠缠测量(例如CNOTS和本地测量)。反之亦然,以上结果表明您可以为纠缠测量而交易纠缠门。如果所有资源都是本地资源,则无法使用它们来模拟纠缠资源。特别是,您无法使用本地门和输入来模拟纠缠测量。


非常有趣的东西!对量子位进行纠缠测量基本上是多量子位测量吗?我不太熟悉该术语。
Kiro,

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更新了答案!
Juan Bermejo Vega

太神奇了,非常感谢您提供宝贵的参考资料和非常结构化的解释!
fr_andres SupportsMonicaCellio '18

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正如其他地方已经描述的那样,尽管多量子位测量功能非常强大,但与单一运算和本地测量相比,它们并没有给您带来任何新的东西。例如,考虑使用投影仪进行投影测量PØ=PüØØü

或者,这使您对多量子位测量有一些了解。通过反转上述过程,可以将紧随投影测量的任何单一电路包装为单个多量子位测量。

可以将类似的构造应用于更一般的测量,但是您必须扩展单一运算以包括一些辅助量子位。有时将其称为“更大的希尔伯特空间教堂”。有证据表明,+ +射影测量等同于Nielsen&Chuang第2.2.8节中的广义测量。


是的,但是如果您的unit是本地的(单量子位),这当然是行不通的。因此,纠缠和局部测量之间的差异类似于纠缠和局部门之间的差异。
Juan Bermejo Vega

@JuanBermejoVega的确如此,但这不是我解释“我们是否可以用一些开销的局部测量来模拟”的说法,这对开销的含义可能有点含糊。
DaftWullie

当我写下“本地度量值+任何不是度量值的内容”时,我应该更清楚地了解这一部分。我将相应地编辑问题。到目前为止,我认为这两个答案都非常好!
Kiro

好答案。您可以添加POVM,可以通过添加辅助系统来获得具有相同统计量的投影测量。然后,您可以按照已写的相同方式继续。
M. Stern,
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