量子计算

针对对量子计算感兴趣的工程师，科学家，程序员和计算专业人士的问答

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对应给定unit的最短通用量子门序列
问题：给定a矩阵作用于 ñnn 量子位，我们可以找到对应于该ary的最短Clifford + T门序列吗？ 关于该问题的背景，有两个重要的参考文献： 由克利夫 尼科夫，马斯洛夫和莫斯卡的克利福德和T门生成的单个量子位unit元的快速有效合成 Giles和Selinger 精确合成了多量子位Clifford + T电路。
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可以通过实验实现真正的投影测量吗？
我曾在我的机构中听到过实验者（他们都碰巧都在研究超导量子位）的各种谈话，他们认为教科书中真正的“投射”测量并不是在现实生活中发生的。每次我要求他们详细说明时，他们都说“弱”的度量是现实中发生的事情。 我假设通过“投射”测量，它们表示对量子态的测量，如下所示： P| ψ ⟩ = P（a | ↑ ⟩ + b | ↓ ⟩ ）= | ↑ ⟩Ø [R| ↓ ⟩P|ψ⟩=P(a|↑⟩+b|↓⟩)=|↑⟩or|↓⟩P\vert\psi\rangle=P(a\vert\uparrow\rangle+ b\vert\downarrow\rangle)=\vert\uparrow\rangle \,\mathrm{or}\, \vert\downarrow\rangle 换句话说，是完全折叠量子位的测量。 但是，如果我接受实验者的陈述，即实际测量更像是强“弱”测量，那么我会碰到布希定理，该定理粗略地说，您只能获得与测量强度一样多的信息。换句话说，我无法绕开不进行完整的投影测量，我需要这样做以获得状态信息 因此，我有两个主要问题： 为什么认为投射测量无法通过实验进行？会发生什么呢？ 关于量子计算系统中实际上是现实的实验测量的合适框架是什么？定性和定量的图片将不胜感激。
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纠缠一词何时首次使用？
Schrödinger在1935年的EPR论文之后写信给爱因斯坦，在那封信中Schrödinger使用了德语单词“Verschränkung”，翻译为“纠缠”，但是该单词何时在英语中首次使用？ 薛定er 1935年用英语写的一篇论文，叫做《分离系统之间的概率关系的讨论》，（据维基百科）说：“我不会称纠缠为一，而是称其为量子力学的特征，这种特征迫使其完全脱离经典路线。思想”，意思是概念在那里，但无论他用什么词，都不是纠缠（因此放在方括号中）不幸的是，我没有完整的论文。
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模拟量子计算时如何跟踪纠缠？
我正在尝试建立一个量子计算库作为我的大学项目。我仍在学习量子计算领域的所有方面。我知道已经有用于量子仿真的高效库。我只是想自己做一个，这将有助于我掌握一些量子计算的核心概念。 我知道 ñnn 量子位可以与 2ñ2n2^n元素复杂数组。也ñnn 量子比特门是一个 2ñ×2ñ2n×2n2^n \times 2^n2D阵列。因此，以下是我的疑问（主要与纠缠有关）： 我何时需要找到门的张量积（例如 一世⊗ ^ h⊗ 我I⊗H⊗II \otimes H \otimes I， 为一个 333qubit系统）？是否总是有必要计算阶的张量积2ñ×2ñ2n×2n2^n \times 2^n，即使量子位没有纠缠？ 只有一个 2ñ2n2^n元素数组（我存储系数），实际上可以以某种方式计算哪些量子位纠缠吗？还是我需要制作另一个数据结构来存储我的纠缠信息ñnn 量子位（关于纠缠哪些量子位）？ 我的第二个问题真的相关吗？我是否需要完全跟踪纠缠信息？我的意思是，我不知道用门乘以系数是否足够（即使系统纠缠了）。也许仅在测量时才有意义。
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反向退火到底是什么？
量子退火，（相关的问题的量子退火，或哈密顿相关）是在d-Waves的量子退火炉中使用的方法，其中所述能量景观进行了探讨，对于不同的解决方案，并且通过在一个可能的最优调谐合适的哈密顿，零解决问题。除了量子隧穿，纠缠和叠加等其他量子效应外，量子退火过程还减少了哈密顿量中的“横向磁场”，这些反过来又在归零到量子力学波函数的“谷”中起作用。 ，“最可能”解决方案所在的位置。 反向退火的过程非常简单，就是使用经典方法（例如模拟退火）来找到解决方案，然后使用量子退火磨入山谷。如果Quantum Annealer使用的哈密顿量已经在“谷”中，那么在通过它时，首先要解决一个问题-D-Wave机器是否使用传递给哈密顿量的哈密顿量到达另一个“谷”（更好的解决方案？）。首先？
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固态自旋纠缠三重态对的退相干：局部振动与离域振动
上下文：我们处于固态。在具有单重态基态的系统进行光子吸收后，该系统经历一个自旋单重态激子的自旋守恒裂变为两个自旋三重态激子的过程（有关上下文，请参见并苯和杂并苯材料中的三重态对纠缠态）。这些自旋三重态对在固体中传播，仍然纠缠在一起。所有此操作的与量子计算相关的目标是将两个飞行量子位的纠缠转移到空间中固定的两个位置，并且还受到很好的保护，以免发生退相干（顺磁离子中核自旋的低能激发，例如）。 问题（2）和问题：最终，两个三胞胎之间的纠缠消失了，此外，三胞胎不可避免地找到了一种放松回到单重态的方法，以光子的形式发射能量。我想计算振动如何影响这些过程。我假设可以主要考虑局部振动来计算两个三重态中的每一个的独立弛豫，例如，遵循与此处采用的相似的过程（确定分子自旋量子位和单分子磁体的弛豫中的关键局部振动）。纠缠损失的计算是否必然与同时涉及两个三胞胎的局部环境的离域振动模式有关？
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量子计算在超越性函数的评估中是否提供任何加速？
与整数分解问题一样，与经典算法相比，已知Shor算法可提供实质性（指数级）加速。关于更基本的数学，例如评估先验函数，是否有类似的结果？ 假设我要计算，或。在古典世界中，我可能会使用泰勒级数或某些迭代算法之类的扩展。是否有量子算法可以比经典计算机更快的速度，渐近更好，以相同精度进行的迭代次数更少，或以挂钟时间更快的速度？罪2罪⁡2\sin2ln5ln⁡5\ln{5}科什10科什⁡10\cosh10
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量子计算机可以处理“大”数据吗？
尽管计算机几乎可以用任何数据解决许多有趣的问题（例如因式分解，仅需要“一个”整数），但大多数现实世界的应用程序（例如机器学习或AI）将需要大量数据。 量子计算机可以在理论上还是在实践上处理大量的数据流？将数据存储在“量子内存”中是个好主意，还是将其存储在“经典内存”中更好？
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我们可以从“量子bogosort”中学到什么？
最近，我在一些Wiki上阅读了有关“量子Bogosort”的信息。基本思想是，像bogosort一样，我们只是对数组进行改组，希望它被“偶然”排序并重试失败。 所不同的是，现在，我们有了“ 魔术量子”，因此我们可以一次尝试在“平行宇宙”中一次尝试所有排列，并在排序不好的地方“摧毁所有不良宇宙”。 现在，显然，这是行不通的。量子是物理学，而不是魔术。主要问题是 “平行宇宙”仅仅是对量子效应的一种解释，而不是量子计算所利用的东西。我的意思是，我们可以在这里使用硬数字，我认为解释只会混淆这里的事情。 “摧毁所有不良宇宙”有点像量子位纠错，这是量子计算中一个非常棘手的问题。 Bogo排序仍然很愚蠢。如果我们可以通过量子加速分类，为什么不基于一个好的分类算法呢？（但是，我们需要随机性，我的邻居抗议！是的，但是您能不能想到一种依赖于随机性的更好的经典算法？） 虽然此算法主要是一个玩笑，但它可能是一个“教育性玩笑”，就像“经典” bogosort一样，因为随机算法的最佳情况，最坏情况和平均情况复杂度之间的区别在这里很容易而且非常清楚。（根据记录，最好的情况是Θ （n ）Θ（ñ）\Theta(n)，我们很幸运，但仍然必须通过扫描数组来检查答案是否正确，预期时间简直糟透了（IIRC，与排列数量成正比，所以O （n ！）Ø（ñ！）O(n!)），最糟糕的情况是我们永远无法完成） 那么，我们可以从“量子bogosort”中学到什么呢？特别是，是否存在类似的真实量子算法，或者这在理论上或实践上都是不可能的？此外，是否有关于“量子排序算法”的研究？如果没有，为什么？
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一种示例量子算法，可用于演示语言
我正在寻找一种量子算法，可以用来演示不同量子语言的语法。我的问题与此类似，但是对我来说，“好”的意思是： 它的作用可以在1-2段中描述，并且应该易于理解。 应该使用“量子编程世界”中的更多元素（我的意思是，算法应尽可能多地使用一些经典常量，度量，条件，q寄存器，运算符等）。 该算法应该很小（最多15-25个伪代码行）。 有用的算法通常太长/太难了，但是Deutsch的算法并没有使用那么多元素。有人可以推荐我一个适合演示的算法吗？
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我们可以使用量子并行性一次计算许多函数吗？
众所周知，通过利用量子并行性，我们可以同时为许多不同值计算函数。但是，需要一些巧妙的操作来提取每个值的信息，即使用Deutsch算法。f(x)f(x)f(x)xxx 考虑相反的情况：我们可以使用量子并行性为单个值x_0同时计算许多函数（例如f(x),g(x),…f(x),g(x),…f(x),g(x),\dots）吗？x0x0x_0
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