24、量子计算与非局部游戏中的关键问题探索

量子计算与非局部游戏中的关键问题探索

量子分布式计算在Grover算法中的应用

量子计算的发展曾一度黯淡，不过量子纠错技术的出现带来了转机。同时，量子计算的可扩展性问题也备受关注，当前技术存在诸多限制，这促使人们不断探索更新、更可靠的方法。即便在只能使用小型相互作用分子系统（仅有少量量子比特可用于计算）的现实情况下，若将由少量原子或分子构成计算节点的计算机系统联网，仍有可能实现更高的计算能力。下面将结合Grover算法的可能实现，具体探讨量子分布式计算的相关方面。

问题陈述

Grover搜索算法表明，量子力学系统要从包含N个候选者的未排序数据集中找出满足特定条件的唯一候选者，至少需要O(√N)步。与量子计算可能实现的指数级改进（如Shor分解算法）相比，这种二次改进并不理想，但由于搜索问题在量子计算中普遍存在，其意义依然重大。Grover后续研究指出，通过更复杂的查询可以突破O(√N)的瓶颈，但这会使查询准备和后处理的开销增加O(N log₂N)步，导致效率低于经典情况。

本文提出一种分布式量子计算方法，通过在网络中的所有节点上进行计算来解决经典搜索问题，从而为Grover算法的资源使用提供更好的下界。虽然仍受二次界限的限制，但资源使用更为宽松。这一研究的主要动机在于，目前实现大的量子比特空间十分困难，这是许多算法有效实施的基本瓶颈。考虑到量子计算中的退相干问题，量子隐形传态的成功可作为扩展量子计算能力的有效途径，通过建立小量子比特空间量子计算机网络并分配计算负载。网络中所需的信息相干传输也可受益于相干光网络方案的最新进展。这种量子计算机网络实际上可以为各种算法的有效实施提供所需的量子比特空间，而且量子信息处理还能提供高安全性。

理论