• 反事實的量子計算

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    簡介

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    反事實的量子計算是一種推斷計算結果的方法,它不需要實際運行量子計算機,否則就能主動執行該計算。

    概念起源

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    物理學家格雷姆-米奇森和理查德-喬茲薩提出了反事實計算的概念,作為量子計算的一種應用,建立在反事實確定性的概念上,建立在對埃利茨爾-瓦德曼炸彈測試器思想實驗的重新解釋上,并在理論上利用無交互測量的現象。

    作為這個想法的一個例子,1997年,在看到喬茲薩在艾薩克-牛頓學院關于反事實計算的講座之后。

    位于倫敦大學伯克貝克學院理論物理研究組的基思-鮑登發表了一篇論文,描述了一個數字計算機,它可以被反事實地詢問,以計算一束光是否會無法通過一個迷宮。最近,反事實量子通信的想法已經被提出并證明。

    方法概述

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    量子計算機可以用任意的方式進行物理實現,但到目前為止所考慮的常見裝置是馬赫-澤恩德干涉儀

    量子計算機通過量子芝諾效應等手段被設置為不運行和運行狀態的疊加。這些狀態的歷史被量子干擾了。在多次重復非常快速的投射測量后,不運行狀態演變為最終值,并印在量子計算機的屬性中。

    測量該值允許學習某些類型的計算結果,如格羅弗算法,即使該結果來自量子計算機的非運行狀態。

    反事實的量子計算的定義

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    反事實量子計算的最初表述是,如果只有一個歷史與m相關,并且該歷史只包含關閉(非運行)狀態,并且只有一個可能的計算輸出與m相關,那么一組m的測量結果就是反事實的結果。用程序和條件表達的反事實計算的精煉定義是:(i)識別并標記所有歷史(量子路徑),需要多少標簽有多少標簽,這些歷史導致相同的測量結果集合m,(ii)連貫地疊加所有可能的歷史。(iii)在取消復數振幅相加為零的項(如果有的話)后,如果(iv)沒有項在其歷史標簽中留下計算機運行的標簽,并且(v)只有一個可能的計算機輸出與m相關,則測量結果的集合m是一個反事實的結果。

    量子計算

    鏡像陣列

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    1997年,在與AbnerShimony和RichardJozsa討論之后,并受到(1993年)Elitzur-Vaidman炸彈測試器的啟發,Bowden發表了一篇論文,描述了一種數字計算機,可以通過反事實的詢問來計算一個光子是否會無法通過鏡子的迷宮。這個所謂的鏡子陣列取代了埃利策爾和韋德曼的裝置(實際上是一個馬赫-澤恩德干涉儀)中的試探性炸彈。

    每四次有一個光子會以這樣的方式離開裝置,以表明迷宮是無法航行的,即使光子從未穿過鏡陣。鏡像陣列本身的設置方式是由一個n乘n的比特矩陣來定義。

    輸出(失敗或其他)本身是由一個比特定義的。因此,鏡像陣列本身是一個n次方的位入,1次方的位出的數字計算機,它計算迷宮,可以反事實地運行。

    盡管整個裝置顯然是一個量子計算機,但被反事實測試的部分是半經典的。

    實驗證明

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    2015年,反事實的量子計算在鉆石中帶負電的氮空穴色心的自旋實驗中得到了證明。之前懷疑的效率極限被突破,實現了反事實計算效率的85%,原則上預見的效率更高。

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    詞條目錄
    1. 簡介
    2. 概念起源
    3. 方法概述
    4. 反事實的量子計算的定義
    5. 鏡像陣列
    6. 實驗證明

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