关于量子非局域逻辑门的研究

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分布式量子计算可以看成是在空间上分离的多个量子计算机之间实现的网络式运算.我们假设每一个量子计算机由一个特定的用户所操纵并且每一个量子计算机都可以看成运算网络的一个节点.要完成分布式量子计算,就要在不同节点的量子比特间实现各种逻辑门,由于这些节点在空间上是分离的,而每个用户只能对自己手中的量子比特进行操作而不能直接操纵其他用户的量子比特,因此,他们不能直接在属于不同的节点的量子比特间实现非局域门(例如受控非门).幸运的是,在量子世界存在一种奇异的纠缠现象,处于纠缠的系统之间存在着非定域、非经典的关联.附加的纠缠态可以被引入作为通道以使不同节点之间产生联系,这使得实现这种非局域门成为了可能.  最简单的实现非局域U门的方法是隐形传送,首先不同用户将他们手中的量子比特传送到同一个特定的用户手中,然后这个用户再实施一个特定的局域U门,最后再利用传送的方法把传送来的的量子比特传送回不同的用户手中.这种方法固然可以实现非局域门,但是这种方法的缺点是极大的浪费了纠缠资源.如何用更少的纠缠资源和经典通信实现非局域门将是更好的实现分布式量子计算的关键.  我们提出了两个实现多量子比特非局域门的方案.与利用隐形传态的方法实现这两个方案的方法比,我们用了更少的纠缠资源和经典通信,并且我们用了更少的局域操作和测量,这对于实现大型的量子计算机十分重要.在第一个方案中,我们首先实现了一个两个控制比特和两个目标比特的非局域受控非门,在这个过程中,我们用到了两个三粒子GHZ(Greeberger-Horne-Zeilinger)态和八个经典比特(经典通讯).然后把我们的方案扩展到M个控制比特N个目标比特的情况.在第二个方案中,我们首先实现了一个三量子比特非局域控制交换门,在实现这个门的过程中,我们应用了两个Bell态,一个三比特GHZ态和八次经典通信.然后我们实现了M个控制位的非局域控制交换门.
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