23、可靠量子计算与量子点细胞自动机设计规则

可靠量子计算与量子点细胞自动机设计规则

1. 可靠量子计算中的挑战

1.1 EPR 对与量子隐形传态

在量子计算领域，EPR 对的创建操作与创建两个相同比特有所不同。当创建 EPR 对时，如果测量其中一个比特为某个值，那么另一个比特测量结果必然相同，而真正独立的相同量子比特并不具备这一特性。

量子隐形传态过程，其步骤如下：
1. 生成 EPR 对 (|b\rangle) 和 (|c\rangle)。
2. 将 EPR 对分离，把 (|b\rangle) 留在源端，将 (|c\rangle) 传输到目标端。
3. 当要发送量子比特 (|a\rangle) 时，使用 CNOT 门让 (|a\rangle) 与 (|b\rangle) 相互作用。
4. 在计算基下测量 (|a\rangle) 和 (|b\rangle)，并将两个一位经典结果发送到目标端。
5. 根据测量结果，使用 X 和 Z 门在 (|c\rangle) 中重新创建正确的相位和振幅，使其呈现 (|a\rangle) 的原始状态。

需要注意的是，在进行测量时，(|a\rangle) 的原始状态会被破坏，这符合“不可克隆”定理，即量子态不能被复制。

1.2 量子隐形传态的意义

既然最终还是要传输 (|c\rangle)，为何不直接传输 (|a\rangle) 呢？实际上，量子隐形传态并非能大幅节省工作量，因为要实现它，需要在同一位置创建两个特殊量子比特，然后分别传输到源端和目标端，这与直接传输原始比特的工作量相当。不过，它具有以下优势：
1. 可以通过广泛的流水线预通信 EPR 对，而不会使计算停