Calculatorul cuantic unidirecțional

Calculatorul cuantic unidirecțional, cunoscut și sub numele de computer cuantic bazat pe măsurători (MBQC), este o metodă de calcul cuantic care pregătește mai întâi o stare de resursă inseparată, de obicei o stare de cluster sau o stare de graf, apoi efectuează măsurători pe un singur qubit asupra acesteia. Este „unidirecțional” deoarece starea resursă este distrusă de măsurători.

Tehnicile bazate pe măsurători constau în insepararea unui grup de qubiți și efectuarea unui set de măsurători. Datorită corelației dintre qubiții inseparați, fluxul de informații (de la stânga la dreapta) este realizat prin măsurători efectuate pe qubiții fizici din grup.

Rezultatul fiecărei măsurători individuale este aleatoriu, dar acestea sunt legate în așa fel încât calculul are întotdeauna succes. În general, alegerile bazei pentru măsurătorile ulterioare trebuie să depindă de rezultatele măsurătorilor anterioare și, prin urmare, măsurătorile nu pot fi efectuate toate în același timp.

Implementarea MBQC este luată în considerare în principal pentru dispozitivele fotonice, datorită dificultății de a insepara fotonii fără măsurători, și simplității creării și măsurării acestora. Cu toate acestea, MBQC este posibil și cu qubiți bazați pe materie.[2] Procesul de inseparare și măsurare poate fi descris cu ajutorul instrumentelor grafice și al teoriei grupurilor, în special prin elementele din grupul stabilizator.

Definiție

Scopul calculului cuantic se concentrează pe construirea unei teorii a informației cu caracteristicile mecanicii cuantice: în loc să codifice o unitate binară de informație (bit), care poate fi comutată la 1 sau 0, o unitate binară cuantică de informație (qubit) poate deveni simultan 0 și 1, datorită fenomenului numit superpoziție. O altă caracteristică cheie a calculului cuantic se bazează pe inseparabilitatea dintre qubiți.

Un circuit cuantic care implementează algoritmul Bernstein-Vazirani: H și U_f reprezintă porțile logice (operatorii unitari) care acționează asupra registrului de qubiți. În cadrul MBQC, porțile logice sunt realizate prin insepararea qubiților și măsurarea celor auxiliari.

În modelul porților logice cuantice, un set de qubiți, numit registru, este pregătit la începutul calculului, apoi este implementat un set de operații logice asupra qubiților, efectuate de operatori unitari. Un circuit cuantic este format dintr-un registru de qubiți asupra cărora se aplică transformări unitare peste qubiți. În calculul cuantic bazat pe măsurători, în loc să se implementeze o operație logică prin transformări unitare, aceeași operație este executată prin înlănțuirea unui număr k de qubiți de intrare cu un cluster de a qubiți auxiliari, formând o stare sursă generală de a + k = n qubiți, și apoi măsurarea unui număr m dintre aceștia. Qubiții de ieșire rămași k = n – a vor fi afectați de măsurători din cauza inseparării cu qubiții măsurați. Calculatorul unidirecțional s-a dovedit a fi un computer cuantic universal, ceea ce înseamnă că poate reproduce orice operație unitară pe un număr arbitrar de qubiți.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)