11、光学量子计算中的单向量子计算：从簇态到非簇态

光学量子计算中的单向量子计算：从簇态到非簇态

一、簇态单向量子计算实验

在量子计算实验中，对正方形簇态进行双量子比特操作时，如果测量基向量选择为 (B_2(0)) 和 (B_3(0))，且测量结果为 0，整个变换过程如下：
(\vert + \rangle_{1E}\vert + \rangle_{2E} \to \frac{1}{\sqrt{2}}(\vert 0 \rangle_{1E}\vert + \rangle_{2E} + \vert 1 \rangle_{1E}\vert - \rangle_{2E}))
从公式 1.58 可以看出，编码在光子 1 和 4 上的输出态是一个最大纠缠态。通过量子态层析技术来表征输出态的密度矩阵，理论得到的输出态密度矩阵在左列，实验得到的在右列，保真度为 (0.84 \pm 0.03)。
通过实现单量子比特旋转和双量子比特门操作，该实验原则上验证了簇态单向量子计算的可行性。并且基于制备好的簇态，还实现了简化版的 Grover 搜索算法。

二、基于“非簇态”的单向量子计算

2.1 非簇态单向量子计算概述

测量基量子计算，即单向量子计算，自 2001 年问世以来就引起了量子信息领域研究人员的广泛关注。这种量子计算模型有两个必要条件：一是能够制备与实际算法无关的通用量子态；二是基于测量结果进行单量子比特测量的前馈选择。
最初，测量基量子计算使用通用的高度纠缠量子态——簇态作为计算的核心资源，且长期以来人们认为它是唯一可用于通用量子计算的资源。但近期研究表明，相关空间中的单向量子计算使许多新的纠缠态成为量子计算的通用资源，不再局限于簇态模型。在这种新的计算模型中，量子信息存储在