基于概率门的簇态量子计算之潜力与局限

我们确立了使用概率门构建用于单向量子计算的簇态时所需资源消耗的下界。重点置于采用线性光学门的状态制备，因其概率性在此不可避免。我们给出了在使用独立作用的线性光学量子门、纠缠对和真空模式构建一维簇态时，对所必需初始可用最大纠缠对消耗量的严格一般下界。如我们所证明，已知线性光学门具有有限的最大成功概率，这等价于寻找融合线性簇态片段的最优经典策略。我们引入了针对无故障概率门的经典构型与策略的形式化概念。我们研究了可简洁描述的策略的渐近性能，并证明了全局最优策略性能的终极界。相关论证采用了随机游走与凸优化的方法。该最优策略亦是需要最短存储时间且调用概率门次数最少的策略。对于二维簇态，我们针对任意基本成功概率，找到了一种基本上确定性的簇态制备，其在纠缠对使用上具备二次的、因而最优的渐近标度。我们还辨识出状态制备中的渗流效应：从某一阈值概率起，几乎所有制备要么成功要么失败。我们概述了对线性光学架构与容错计算的意义。