WikiDer > Противодействующие квантовые вычисления

Counterfactual quantum computation

Противодействующие квантовые вычисления это метод вывода результата вычисления без фактического запуска квантовый компьютер в противном случае способен активно выполнять это вычисление.

Концептуальное происхождение

Физики Грэм Митчисон и Ричард Джозса представили понятие контрфактических вычислений.[1] как приложение квантовых вычислений, основанное на концепциях контрфактическая определенность, по переосмыслению Тестер бомбы Элицура – ​​Вайдмана мысленный эксперимент и теоретическое использование феномена измерение без взаимодействия.

В качестве примера этой идеи в 1997 году, после просмотра доклада Ричарда Джозсы о контрфактических вычислениях в Институте Исаака Ньютона, Кейт Боуден (из Отдела теоретических исследований физики Биркбек-колледжа Лондонского университета) опубликовал статью[2] описание цифрового компьютера, который можно было бы опрашивать, чтобы вычислить, не пройдет ли луч света через лабиринт.[3]

Совсем недавно была предложена и продемонстрирована идея контрфактической квантовой коммуникации.[4]

Краткое описание метода

Квантовый компьютер может быть физически реализован произвольным образом.[5] но обычное устройство, которое считается на сегодняшний день, имеет Интерферометр Маха – Цендера. Квантовый компьютер установлен в суперпозиция состояний "не работает" и "работает" с помощью таких средств, как Квантовый эффект Зенона. Эти государственные истории квант вмешался. После многократных повторений очень быстрых проективных измерений состояние "неработоспособность" эволюционирует до окончательного значения, запечатленного в свойствах квантового компьютера. Измерение это значение позволяет узнать результат некоторых типов вычислений[6] Такие как Алгоритм Гровера даже если результат был получен из неработающего состояния квантового компьютера.

Определение

Оригинальная формулировка[1] контрфактических квантовых вычислений утверждал, что множество м результатов измерения является контрфактическим результатом, если (1) существует только одна история, связанная с м и эта история содержит только "выключенные" (неработающие) состояния, и (2) существует только один возможный результат вычислений, связанный с м.

Уточненное определение[7] контрфактических вычислений, выраженных в процедурах и условиях: (i) Идентифицировать и пометить все истории (квантовые пути) с таким количеством меток, сколько необходимо, которые приводят к тому же набору м результатов измерений, и (ii) связно совмещать все возможные истории. (iii) После исключения членов (если есть), комплексные амплитуды которых вместе составляют ноль, множество м результатов измерения является контрфактическим результатом, если (iv) в их метках истории не осталось терминов с меткой `` работает компьютер '', и (v) существует только один возможный компьютерный выход, связанный с м.

Зеркальный массив

В 1997 г. после переговоров с Эбнер Шимони и Ричард ДжозсаКейт Боуден, вдохновленный идеей испытателя бомб Элицура-Вайдмана (1993 г.), опубликовал статью[2] описание цифрового компьютера, который можно опрашивать, чтобы вычислить, не сможет ли фотон пройти через лабиринт зеркал.[3] Этот так называемый зеркальный массив заменяет пробную бомбу в устройстве Элитцура и Вайдмана (на самом деле Интерферометр Маха – Цендера). Один раз из четырех фотон выйдет из устройства таким образом, чтобы указать, что по лабиринту невозможно пройти, даже если фотон никогда не проходил через зеркальную матрицу. Сам зеркальный массив настроен таким образом, что он определяется битовой матрицей n на n. Выход (сбой или иначе) определяется одним битом. Таким образом, зеркальный массив сам по себе п-квадратный бит на входе, 1 бит на выходе цифровой компьютер, который вычисляет лабиринты и может работать в противоположном направлении. Хотя в целом устройство явно представляет собой квантовый компьютер, часть, которую проверяют с помощью контрфактов, является полуклассической.

Экспериментальная демонстрация

В 2015 году контрфактические квантовые вычисления были продемонстрированы в экспериментальном контексте «спинов отрицательно заряженного азотно-вакансионного центра окраски в алмазе».[8] Были превышены ранее предполагаемые пределы эффективности, что привело к противоречивым расчетам. эффективность 85% с более высоким, в принципе, прогнозируемым КПД.[9]

Рекомендации

  1. ^ а б Митчисон, Грэм; Джозса, Ричард (8 мая 2001 г.). «Контрфактический расчет». Труды Лондонского королевского общества A. 457 (2009): 1175–1193. arXiv:Quant-ph / 9907007. Bibcode:2001RSPSA.457.1175M. CiteSeerX 10.1.1.251.9270. Дои:10.1098 / RSPA.2000.0714.
  2. ^ а б Боуден, Кейт Дж., «Классические вычисления могут быть контрфактическими», в Аспекте I, Proc ANPA19, Кембридж 1997 (опубликовано в мае 1999 г.), ISBN 0-9526215-3-3
  3. ^ а б Боуден, Кит (1997-03-15). "Может ли кот Шредингера разрушить волновую функцию?". Архивировано из оригинал на 2007-10-16. Получено 2007-12-08. (Пересмотренная версия «Классические вычисления могут быть контрфактическими»)
  4. ^ Лю Ю. и др. (2012) «Экспериментальная демонстрация контрфактической квантовой коммуникации». Phys Rev Lett 109: 030501
  5. ^ Хостен, Онур; Ракер, Мэтью Т .; Баррейро, Хулио Т .; Петерс, Николас А .; Квиат, Пол Г. (14 декабря 2005 г.). «Противодействующие квантовые вычисления посредством квантового опроса». Природа. 439 (7079): 949–952. Bibcode:2006Натура.439..949H. Дои:10.1038 / природа04523. PMID 16495993.
  6. ^ Митчисон, Грэм; Йожа, Ричард (1 февраля 2008 г.). «Пределы контрфактических вычислений». arXiv:Quant-ph / 0606092.
  7. ^ Хостен, Онур; Ракер, Мэтью Т .; Баррейро, Хулио Т .; Петерс, Николас А .; Квиат, Пол (26 июня 2006 г.). "Обратно к контрфактическим вычислениям". arXiv:Quant-ph / 0607101.
  8. ^ Конг, Фэй; Джу, Ченьонг; Хуанг, Пу; Ван, Пэнфэй; Конг, Си; Ши, Фажань; Цзян, Лян; Ду Цзянфэн (21 августа 2015 г.). «Экспериментальная реализация высокоэффективных контрфактических вычислений». Письма с физическими проверками. 115 (8): 080501. Bibcode:2015ПхРвЛ.115х0501К. Дои:10.1103 / PhysRevLett.115.080501. PMID 26340170.
  9. ^ Зыга, Лиза. «Квантовый компьютер, который« вычисляет без работы »устанавливает рекорд эффективности». Phys.org. Omicron Technology Limited. Получено 6 сентября 2015.