来自量子门顺序叠加的实验可行计算优势

在普通量子算法中，门以固定顺序作用于系统。不定因果结构的引入允许放宽此约束，并用额外的量子态控制门的顺序。已知这种量子控制的门排序可相对于门以固定顺序作用的最佳算法，降低判定黑盒酉性质所需的查询复杂度。然而，迄今明确发现的所有任务要么需要在渐近极限下作用于无界维量子系统（大量黑盒门的限制情形），要么作用于量子比特但仅涉及少数几个酉。此处我们引入了一些任务：(1) 在渐近情形下量子控制的门排序具有可证明的计算优势；(2) 仅需量子比特门，因此适合实验演示此优势。我们用 quantum-$n$-switch 和量子电路模型研究了它们的求解，发现虽然 $n$-switch 只需调用每个门一次，因果算法至少需调用 $2n-1$ 个门。此外，已知固定门排序的最佳解调用 $O(n\log_2{(n)})$ 个门。