arXiv:2112.09345v2 [quant-ph] 2022 年 9 月 1 日__

arXiv:2112.09345v2 [quant-ph] 2022 年 9 月 1 日

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arXiv:2112.09345v2 [quant-ph] 2022 年 9 月 1 日

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基于冯·诺依曼体系结构的现代计算机系统是一个由多个交互模块组成的复杂系统。它需要彻底了解信息存储、处理、保护、读出等物理原理。量子计算是量子信息最普遍的用途，迄今为止采用混合体系结构，即量子算法以经典方式存储和控制，而其执行主要是量子的，从而产生所谓的量子处理单元。这种量子-经典混合受到其经典成分的限制，无法揭示该领域从一开始就设想的全量子计算机系统的计算能力。最近，量子信息的本质得到了进一步的认识，例如无编程和无控制定理，以及对量子算法和计算模型的统一理解。因此，在本文中，我们提出了一种通用量子计算机系统模型，即冯·诺依曼体系结构的量子版本。它使用 ebit（即贝尔态）作为量子存储单元的元素，使用量子位作为量子控制单元和处理单元的元素。作为数字量子系统，其全局配置可视为张量网络状态。其通用性通过基于程序组合方案通过通用量子门隐形传态执行量子算法的能力得到证明。它还受到不确定性原理（量子信息的基本定律）的保护，使其具有不同于传统情况的量子安全性。特别是，我们引入了一些量子电路的变体，包括尾部、嵌套和拓扑电路，以表征量子记忆和控制的作用，这在其他情况下也可能具有独立的兴趣。总之，我们的主要研究展示了量子信息的多种力量，并为在不久的将来创建量子计算机系统铺平了道路。

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