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。
量子计算一直是量子物理学中一个令人着迷的研究领域。最近的进展促使我们深入研究通用量子计算模型 (UQCM),该模型是量子计算的基础,与基础物理学有着紧密的联系。尽管几十年前就已开发,但仍然缺乏一个物理上简洁的原理或图像来形式化和理解 UQCM。鉴于仍在出现的模型的多样性,这具有挑战性,但对于理解经典计算和量子计算之间的差异很重要。在这项工作中,我们进行了一次初步尝试,通过将其中一些分为两类来统一 UQCM,从而制作了一个模型表。有了这样的表格,一些已知的模型或方案就会以模型的混合或组合的形式出现,更重要的是,它导致了尚未探索的新方案。我们对 UQCM 的研究也为量子算法带来了一些见解。这项工作揭示了系统研究计算模型的重要性和可行性。
摘要 — 量子互联网有望成为量子网络和经典网络的结合,有望为数据交换提供信息理论安全性。经典网络已经建立了可靠的端到端传输协议,这些协议隐含地利用了经典比特的复制。然而,由于不可克隆定理,量子比特 (qubit) 无法复制。在本文中,我们利用通用量子复制机 (UQCM) 创建不完美克隆的原理,并提出了量子自动重复请求 (QARQ) 协议,该协议的灵感来自其经典等效协议。已经开发了一个模拟平台来研究 QARQ 的可行性,结果表明我们的提议非常适合对保真度要求较低的应用。
摘要 - 预计将是量子和经典网络的组合的量子互联网有望为数据交换提供信息理论安全。经典网络具有完善的协议,用于可靠的端到端传输,该协议隐含地利用了复制经典位。但是,由于无粘合定理,无法复制量子位(Qubits)。在本文中,我们利用了使用通用量子复制机(UQCM)创建不完美克隆的原则,并提出量子自动重复请求(QARQ)协议,灵感来自其经典等效。已经开发了一个模拟平台来研究QARQ的可行性,结果表明,我们的建议非常适合忠诚度需求较低的应用。