Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Противодействующие квантовые вычисления - это метод вывода результата вычисления без фактического запуска квантового компьютера, который в противном случае мог бы активно выполнять это вычисление.

Концептуальное происхождение [ править ]

Физики Грэм Митчисон и Ричард Джозса представили понятие контрфактических вычислений [1] как приложение квантовых вычислений, основанное на концепциях контрфактической определенности , на переосмыслении мысленного эксперимента с испытателем бомбы Элицура – ​​Вайдмана и теоретическом использовании явление измерения 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 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 [ править ]

Квантовый компьютер может быть физически реализован произвольным образом [5], но обычная аппаратура, рассматриваемая на сегодняшний день, включает интерферометр Маха – Цендера . Квантовый компьютер устанавливается в суперпозицию состояний «не работает» и «работает» с помощью таких средств, как квантовый эффект Зенона . Эти истории состояний подвергаются квантовому вмешательству . После многократных повторений очень быстрых проективных измерений состояние «не работает» переходит к окончательному значению, запечатленному в свойствах квантового компьютера. Измерение этого значения позволяет узнать результат некоторых типов вычислений [6], таких как алгоритм Гровера. хотя результат был получен из неработающего состояния квантового компьютера.

Определение [ править ]

Исходная формулировка [1] контрфактических квантовых вычислений утверждала, что набор результатов измерений m является контрфактическим результатом, если (1) существует только одна история, связанная с m, и эта история содержит только "выключенные" (неработающие) состояния, и (2) существует только один возможный результат вычислений, связанный с m .

Уточненное определение [7] контрфактических вычислений, выраженное в процедурах и условиях, следующее: (i) Идентифицировать и маркировать все истории (квантовые пути) с таким количеством ярлыков, сколько необходимо, что приводит к одному и тому же набору m результатов измерения, и (ii) ) связно совмещают все возможные истории. (iii) После исключения членов (если таковые имеются), комплексные амплитуды которых вместе составляют ноль, набор результатов измерений m является контрфактическим результатом, если (iv) в их метках истории не осталось терминов с меткой, выполняемой компьютером, и (v) существует только один возможный компьютерный вывод, связанный с m .

Зеркальный массив [ править ]

В 1997 году, после обсуждений с Эбнером Шимони и Ричардом Джозса и вдохновленный идеей (1993) Тестера бомб Элицура-Вайдмана, Кейт Боуден опубликовал статью [2], описывающую цифровой компьютер, который можно было бы опровергнуть, чтобы вычислить, является ли фотон не смог бы пройти сквозь лабиринт зеркал. [3] Эта так называемая зеркальная матрица заменяет экспериментальную бомбу в устройстве Элицура 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 массив зеркал. Сам зеркальный массив настроен таким образом, что он определяется битовой матрицей n на n. Выход (сбой или иначе) определяется одним битом. Таким образом, сама Mirror Array представляет собой цифровой компьютер с n- квадратным входом и 1 битом с выходом, который вычисляет лабиринты и может работать противодействующим образом. Хотя в целом устройство явно представляет собой квантовый компьютер, часть, которая проверяется противодействием, является полуклассической.

Экспериментальная демонстрация [ править ]

В 2015 году контрфактические квантовые вычисления были продемонстрированы в экспериментальном контексте «спинов отрицательно заряженного азотно-вакансионного центра окраски в алмазе». [8] Предполагаемые ранее пределы эффективности были превышены, в результате чего была достигнута контрфактическая вычислительная эффективность 85% с более высокой предполагаемой эффективностью в принципе. [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Митчисон, Грэм; Джозса, Ричард (8 мая 2001 г.). «Контрфактический расчет». Труды Королевского общества Лондона . 457 (2009): 1175–1193. arXiv : Quant-ph / 9907007 . Bibcode : 2001RSPSA.457.1175M . CiteSeerX  10.1.1.251.9270 . DOI : 10.1098 / RSPA.2000.0714 .
  2. ^ a b Боуден, Кейт Дж., «Классические вычисления могут быть контрфактическими», в Аспектах I, Proc ANPA19, Кембридж 1997 (опубликовано в мае 1999 г.), ISBN 0-9526215-3-3 
  3. ^ a b Боуден, Кит (1997-03-15). "Может ли кот Шредингера разрушить волновую функцию?" . Архивировано из оригинала на 2007-10-16 . Проверено 8 декабря 2007 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка ) (Пересмотренная версия «Классические вычисления могут быть контрфактическими»)
  4. ^ Лю Y, 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 : 2006Natur.439..949H . DOI : 10,1038 / природа04523 . PMID 16495993 . 
  6. ^ Митчисон, Грэм; Йожа, Ричард (1 февраля 2008 г.). «Пределы контрфактических вычислений». arXiv : квант-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 : квант-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 физическим обзором . 115 (8): 080501. Bibcode : 2015PhRvL.115h0501K . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.115.080501 . PMID 26340170 . 
  9. ^ Zyga, Лиза. «Квантовый компьютер, который« вычисляет без работы »устанавливает рекорд эффективности» . Phys.org . Omicron Technology Limited . Проверено 6 сентября 2015 года . CS1 maint: discouraged parameter (link)