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 对与独立量子比特的差异

在量子计算中，EPR 对的创建操作与创建两个相同比特有所不同。若测量 EPR 对中的一个为特定值，另一个也会测量到相同值，而真正独立的相同量子比特不具备此特性。

1.2 量子隐形传态过程

我们想要传输值 (|a⟩)，具体步骤如下：
1. 生成 EPR 对 (|b⟩) 和 (|c⟩)。
2. 分离该对，将 (|b⟩) 留在源端，把 (|c⟩) 传输到目标端。
3. 当要发送量子比特 (|a⟩) 时，首先使用 CNOT 门让 (|a⟩) 与 (|b⟩) 相互作用。
4. 在计算基下测量 (|a⟩) 和 (|b⟩)，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⟩) 中重新创建正确的相位和振幅，使其呈现 (|a⟩) 的原始状态。

需要注意的是，当进行两次测量时，(|a⟩) 的原始状态会被破坏，这与“无克隆”定理相符，即量子态不能被复制。

1.3 量子隐形传态的意义

有人可能会疑惑，既然最终还是要传输 (|c⟩)，为何不直接传输 (|a⟩) 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，必须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同。不过，它有以下优点：
- 可以通过广泛的流水线预通信 EPR 对，而不会使计算停滞。
- 传输可能会出现错误，而我们构建的通信是用于纠错的，需要保证通信无错误。如果 (|b⟩) 和 (|c⟩