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揭示量子计算能力的来源一直是量子信息科学领域的重大目标。近年来，量子资源理论（QRT）已经建立，以表征各种量子资源，但它们在量子计算任务中的作用仍需研究。所谓的通用量子计算模型（UQCM），例如电路模型，已成为指导量子算法设计、真实量子计算机创建等的主要框架。在本文中，我们将 UQCM 的研究与 QRT 结合在一起。我们发现，一方面，使用 QRT 可以提供 UQCM 的资源理论表征、模型之间的关系并启发新的模型；另一方面，使用 UQCM 提供了一个应用资源、研究资源间关系和对其进行分类的框架。我们在 UQCM 的背景下发展了通用资源理论，并找到了丰富的 UQCM 和相应的通用资源。根据资源理论的层次结构，我们发现模型可以分为几类。在本文中，我们详细研究了 UQCM 的三个自然家族：振幅家族、准概率家族和哈密顿家族。它们包括一些众所周知的模型，例如基于测量的模型和绝热模型，也启发了新模型，例如我们介绍的上下文模型。每个家族至少包含三个模型，这种简洁的 UQCM 家族结构为研究资源和设计模型提供了统一的图景。它还提供了一个严格的框架来解决难题，例如纠缠与干扰的作用，并揭示量子算法的资源理论特征。
arXiv:2303.03715v2 [quant-ph] 2023 年 3 月 8 日
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