반사실 양자 계산

Counterfactual quantum computation

반사실 양자 계산은 실제로 그 계산을 활발하게 수행할 수 있는 양자 컴퓨터를 실행하지 않고 계산 결과를 추론하는 방법입니다.

개념적 기원

물리학자 Graeme Mitchison과 Richard Jozsa는 반사실적[1] 정의의 개념을 기반으로 한 양자 컴퓨팅의 응용 프로그램으로서 Elitzur-Vaidman 폭탄 테스터의 사고 실험을 재해석하고 상호작용 없는 측정 현상을 이론적으로 사용하는 개념을 소개했습니다.

1997년 Counterfactual 계수 리차드 Jozsa이 아이작 뉴턴 연구소의 강연을 본후에 이 생각의 예로서, 키스 보든(이론적 물리 연구 부대에서 Birkbeck 대학, 런던 대학교에)은 paper[2]는 counterfactually whe을 계산하기 위해 심문을 받을 수 있는 디지털 컴퓨터를 설명함을 출간했다.그r 광선이 [3]미로를 통과하지 못할 것이다.

보다 최근에는 반사실적 양자 통신의 아이디어가 제안되고 [4]입증되었다.

방법의 개요

양자 컴퓨터는 물리적으로[5] 임의의 방법으로 구현될 수 있지만, 지금까지 고려된 일반적인 장치는 마하-젠더 간섭계를 특징으로 한다.양자 컴퓨터는 양자 제노 효과와 같은 방법으로 "실행하지 않음" 및 "실행 중" 상태의 중첩으로 설정됩니다.그 상태들의 역사는 양자 간섭을 받는다.매우 빠른 투영 측정을 여러 번 반복한 후, "실행하지 않음" 상태는 양자 컴퓨터의 특성에 각인된 최종 값으로 진화합니다.그 값을 측정하면 양자 컴퓨터의 비실행 상태에서 결과가 도출되었음에도 불구하고 그로버 알고리즘과 같은 일부 유형의 계산[6] 결과를 학습할 수 있습니다.

정의.

반사실 양자 계산의 원래 공식은[1] (1) m과 관련된 기록이 하나뿐이고 이력이 "off"(비실행) 상태만을 포함하고 (2) m과 관련된 하나의 가능한 계산 출력만 있는 경우 측정 결과의 집합 m은 반사실적 결과라고 명시했다.

절차 및 조건에서 표현되는 반사실적 계산의 정교한 정의는[7] 다음과 같다. (i) 모든 이력(양자 경로)을 식별 및 라벨링하고, 필요한 만큼 많은 라벨을 부착하여 동일한 m 세트의 측정 결과를 도출하고, (ii) 가능한 모든 이력을 일관되게 중첩한다.(iii) 복소 진폭을 합한 항(있는 경우)을 소거한 후 (iv) 이력 라벨에 컴퓨터 구동 라벨이 남아 있지 않고 (v) m과 관련된 하나의 가능한 컴퓨터 출력만 존재하는 경우 측정 결과의 집합 m은 반사실적 결과이다.

미러 어레이

1997년, Abner Shimony와 Richard Jozsa와의 토론 후, 그리고 (1993) Elitzur-Vaidman Bomb Tester의 아이디어에서 영감을 얻어, Keith Bowden은 광자가 미로 [3]거울을 통과하지 못할지를 계산하기 위해 반사실적으로 심문될 수 있는 디지털 컴퓨터를 설명하는 논문을 발표했다[2].이른바 미러 어레이는 엘리추르의 일시적인 폭탄과 바이드만의 장치(실제로 마하-젠더 간섭계)를 대체한다.광자가 미러 어레이를 통과하지 않았음에도 불구하고 네 번 중 한 번은 미로가 탐색할 수 없는 방식으로 장치를 빠져나갑니다.미러 어레이 자체는 nxn 비트 매트릭스에 의해 정의되도록 설정됩니다.출력(실패 또는 기타) 자체는 단일 비트로 정의됩니다.따라서 미러 어레이 자체는 n제곱 비트 입력, 1비트 출력 디지털 컴퓨터이며 미로를 계산하여 반사실적으로 실행할 수 있습니다.전체 장치가 양자 컴퓨터인 것은 분명하지만, 반사실적으로 테스트된 부분은 반고전적이다.

실험 시연

2015년에는 "다이아몬드 내 음전하 질소-빈기 색중심의 스핀"[8]이라는 실험 맥락에서 반사실적 양자 계산이 입증되었다.이전에 의심되는 효율 한계를 초과하여 [9]원칙적으로 예상되는 높은 효율로 85%의 반사실적 계산 효율을 달성했습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b Mitchison, Graeme; Jozsa, Richard (May 8, 2001). "Counterfactual computation". Proceedings of the Royal Society of London A. 457 (2009): 1175–1193. arXiv:quant-ph/9907007. Bibcode:2001RSPSA.457.1175M. CiteSeerX 10.1.1.251.9270. doi:10.1098/rspa.2000.0714. S2CID 16208575.
  2. ^ a b Bowden, Keith G, "Classical Computation can be counterfactual", Affects I, Proc ANPA19, Cambridge 1997(1999년 5월 발행), ISBN 0-9526215-3-3
  3. ^ a b Bowden, Keith (1997-03-15). "Can Schrodinger's Cat Collapse the Wavefunction?". Archived from the original on 2007-10-16. Retrieved 2007-12-08. ('클래식 계산'의 개정판은 반사실적일 수 있다)
  4. ^ Liu Y, et al. (2012) "반사실 양자 통신의 실험 시연"Phys Rev Lett 109:030501
  5. ^ Hosten, Onur; Rakher, Matthew T.; Barreiro, Julio T.; Peters, Nicholas A.; Kwiat, Paul G. (December 14, 2005). "Counterfactual quantum computation through quantum interrogation". Nature. 439 (7079): 949–952. Bibcode:2006Natur.439..949H. doi:10.1038/nature04523. PMID 16495993. S2CID 3042464.
  6. ^ Mitchison, Graeme; Jozsa, Richard (February 1, 2008). "The limits of counterfactual computation". arXiv:quant-ph/0606092.
  7. ^ Hosten, Onur; Rakher, Matthew T.; Barreiro, Julio T.; Peters, Nicholas A.; Kwiat, Paul (Jun 26, 2006). "Counterfactual computation revisited". arXiv:quant-ph/0607101.
  8. ^ Kong, Fei; Ju, Chenyong; Huang, Pu; Wang, Pengfei; Kong, Xi; Shi, Fazhan; Jiang, Liang; Du, Jiangfeng (August 21, 2015). "Experimental Realization of High-Efficiency Counterfactual Computation". Physical Review Letters. 115 (8): 080501. Bibcode:2015PhRvL.115h0501K. doi:10.1103/PhysRevLett.115.080501. PMID 26340170.
  9. ^ Zyga, Lisa. "Quantum computer that 'computes without running' sets efficiency record". Phys.org. Omicron Technology Limited. Retrieved 6 September 2015.