这种只有观察到才能知的性质,大多数人都通过薛定谔猫的思想实验了解到了这一点。在这个假设中,一只猫被放在一个盒子里一小时,盒子里还放着一个装置,这个装置可能会也可能不会向盒子里释放有毒气体,这取决于这一小时内是否有单个放射性原子衰变。在这一小时内,猫的死活状态处于叠加状态,只有当打开盒子进行观察时才能知晓。这个思想实验表明:1)单个原子(即单个量子比特)量级的微观偶然事件可以产生更大规模的影响;2)经典二进制(活或死,1 或 0)只有通过观察才能具体化;3)在解决的那一刻之前,情况都是模棱两可的(除了对猫来说)。
针对元素独特性,子集总和和最接近的问题等问题的新兴量子算法通过依靠抽象数据结构来展示计算优势。实际上将这种算法视为量子计算机的程序,需要有效地实现数据结构,其操作对应于操纵数据的量子叠加的单一操作员。要在叠加中正确操作,实现必须满足三个属性ð可逆性,历史独立性和有限的时间执行。标准实现,例如将抽象集作为哈希表的表示,使这些属性失败,呼吁开发专门实现的工具。在这项工作中,我们提出了Core Tower,这是具有随机访问记忆的量子编程的第一语言。Core Tower使开发人员能够将数据结构作为基于指针的链接数据实现。它具有可逆语义,使每个有效程序都可以翻译成统一的量子电路。我们提出了Boson,这是第一个支持量子叠加中可逆,独立和恒定时间动态内存分配的内存分配器。我们还展示了塔,这是一种用于递归定义的数据结构的量子编程的语言。塔具有类型系统,该系统使用经典参数界定所有递归,这对于在量子计算机上执行的必要条件是必要的。使用塔,我们实施了地面,即第一个量子数据结构库,包括列表,堆栈,队列,字符串和集合。我们提供了第一个可执行的集合实现,该集合满足了所有三个强制性的可逆性,历史记录独立性和有限时间执行的属性。
近来,量子计算的算法和生成的量子计算机技术不断发展。另一方面,机器学习已成为解决计算机视觉、自然语言处理、预测和分类等许多问题的重要方法。量子机器学习是一个结合这两种主要方法的优点而发展起来的新领域。作为量子和经典计算的混合方法,变分量子电路是一种机器学习的形式,它可以根据输入变量预测输出值。在本研究中,当数据集较小时,使用变分量子电路模型研究了叠加和纠缠对天气预报的影响。在变分层之间使用纠缠层对电路性能进行了显着的改善。在数据编码层之前使用叠加层可以减少变分层的使用。
在广义相对论中,时空的描述依赖于理想化的杆和时钟,它们确定了一个参考系。在任何具体场景中,参考系都与物理系统相关联,而物理系统最终是量子的。因此,物理定律的相对论描述需要考虑这样的量子参考系 (QRF),通过它们可以赋予时空以操作意义。在这里,我们引入了时空量子参考系的概念,它与时空中的量子粒子相关联。这种表述的优点是将空间和时间放在同等地位,并允许我们从另一个量子系统的角度描述一组量子系统的动态演化,其中其余物理系统演化的参数与作为 QRF 的粒子的固有时间相一致。至关重要的是,两个不同 QRF 中的固有时间与标准变换无关,但它们可能相对于另一个处于量子叠加态。具体来说,我们考虑一个弱引力场中的 N 个相对论量子粒子系统,并引入一个永恒公式,其中 N 个粒子的全局状态似乎“冻结”,但动态演化以关系量的形式恢复。粒子的位置和动量希尔伯特空间用于通过变换到粒子的局部框架来固定 QRF,使得度量在 QRF 的原点处是局部惯性的。内部希尔伯特空间对应于时钟空间,它在粒子的局部框架中保持适当的时间。得益于这种完全关系的构造,我们展示了从 QRF 的角度看,剩余粒子如何在关系变量中动态演化。这里提出的构造包括当忽略外部自由度时非相互作用时钟的 Page-Wootters 机制。最后,我们发现可以在 QRF 中观察到引力红移的量子叠加和特殊相对论时间膨胀的量子叠加。
近年来,量子计算是基于量子力学的一个组合模型,一直引起了很多关注。某些经典概率通过量子计算有效地求解,因此到目前为止已经提出了各种量子算法。这种算法之一是量子幅度拟合[1],这是一种填充溶液的方法。量子振幅幅度需要在算法的第一个步骤中创建量子叠加。在其余步骤中,迭代正在运行以选择性地扩大预定状态下解决方案状态的幅度。如果我们准备符合解决方案的验证的量子状态,则减少这些迭代的数量。本文提出了一种通过H,X,CH和CX门来创建任意计算基础状态的量子叠加的方法。
寻找一个将广义相对论和量子理论融为一体的理论框架已被证明是物理学中最困难的任务之一。这一追求背后的一个普遍假设是引力本身必须具有量子性质。事实上,有人从多个角度反对以量子方式处理物质场而以经典方式处理引力的方案 [1, 2]。然而,这些论点被发现没有预想的那么令人信服(例如,参见 [3, 4, 5])。很明显,关于引力基本性质的最终裁决必须以量子理论和引力都发挥重要作用的情况下的实验证据为基础。标准预期是,这种情况只会出现在涉及极高能量的现象中,或者当曲率值接近普朗克尺度(即 R ∼ 1 /m 2 p)时——这两种情况目前都远远超出了我们的经验范围。然而,最近有提案在桌面实验中寻找引力的可能量子行为,[6, 7]。与此同时,也有提案提出,通过探索涉及与需要量子力学处理的状态下的物质源相关的引力场的思想实验,可能会获得有用的提示,[8, 9]。后一种方法的具体实例已在 [10, 11, 12] 中进行了详细探讨。所考虑的思想实验涉及两个观察者:一个控制放置在两个空间位置的量子叠加中的粒子,另一个决定是否允许第二个粒子对其与第一个粒子的(电磁或引力)相互作用作出反应。这种设置使得粒子之间的相互作用似乎会阻止
我们对量子力学中出现的叠加、纠缠和测量等术语提出了一种新的解释。我们假设亚普朗克尺度量子系统的波函数结构具有确定性的循环结构。每个循环都包含构成给定波函数的本征态的连续序列。在对波函数进行幺正操作或测量之间,系统选择的当前本征态的顺序排列并不重要,但一旦选定,它将保持不变,直到另一个幺正操作或测量改变波函数。量子力学的概率方面是通过假设一种测量机制来解释的,该机制瞬时起作用,但测量时刻是由经典测量仪器在测量仪器启动后的一个很小但有限的时间间隔内随机选择的。在进行测量的瞬间,波函数不可逆转地坍缩到一个新状态(抹去一些过去的量子信息),并从此继续保持该状态,直到被幺正运算或新的测量所改变。
不经意传输 (OT) [Rab05] 是一种基本的密码原语,它允许接收方获取发送方持有的两个输入中的一个,而接收方对另一个输入一无所知,发送方则一无所知(特别是接收方收到的输入)。后来 [Cr´e87] 表明,二分之一 OT 等同于更一般的 n 分之一 OT 的情况,其中发送方持有 n 个输入,接收方接收其中一个。Goldreich、Micali 和 Wigderson [GMW87] 的成果说明了不经意传输的重要性,他们证明 OT 是 MPC 完全的,这意味着它可以用作构建块,无需任何额外的原语即可安全地评估任何多项式时间可计算函数。因此,研究这个原语的安全性变得至关重要,尤其是考虑到
在实验室中已经实现了高度复杂的叠加状态[1]。尽管它们看起来很脆弱,但这种状态在量子信息和计算以及量子基础中的理论问题中至关重要。可能会感到惊讶的是,具有许多自由度的孤立系统自然地演变成宏观的叠加状态。这些状态包含正交成分,这些成分在宏观量中存在,例如通常被认为是自然界“经典”的大物体的位置或动量。在接下来的内容中,我们使用一个特定的示例(本质上是布朗运动的示例)来说明这一结果是如何遵循约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann)[2]的1929年量子量表定理(QET)的。该定理在2009 - 10年的复活中已被遗忘了50多年[3,4]。QET包含与量子统计力学和量子力学基础相关的见解。我们对后一个主题的一些评论得出结论。QET超出了有关分离的量子系统中热促进的典型性(量度集中)结果[5]。典型性结果表明,大型系统的几乎所有纯状态ψ都最大地纠缠在一起,并且在除小的子空间1以外的所有内容都产生了一个density矩阵휌1,它接近归一化的身份,即微域密度矩阵。这意味着小子空间的热特性。QET专门集中在宏观观察物的子空间上,而不是微观自由度的一般子集。对状态von Neumann证明了系统的时间演变(千差线):所有初始状态ψ0都将大部分时间作为典型状态作为宏观空间的典型状态(请参见下面的等式(11)),当然是该定理所需的某些假设所需的某些假设[6]。下面给出的计算说明,对于大型系统的任何子空间(例如,包括一组宏观可观察物所定义的子空间定义),密度操作员휌1通过追踪在其他随机纯状态的自由度上引起的密度操作员是非常可能的,这是非常可能的接近휌1〜1。基于该措施的主导地位,人们可以启发性地说,即使系统以强烈侵犯该特性的特殊状态开始,动态演变也会导致其大部分时间在典型的状态下。QET为这种直觉提供了严格的基础。令{휙1,푗1}푛1= 1 = 1 = 1和{휙2,푗2}푛2= 1 = 1 = 1是两个标记为1和2的Hilbert Space的正对异性态的一组,带有身份操作员,具有身份操作员퐼1和퐼2。