基于纯态的可编程量子网络

除最简计算器外，现代经典计算设备均采用冯·诺依曼架构，即部分存储器用于程序，部分用于数据。很可能此类架构的类似物在未来量子计算、通信与控制应用中也是必需的。其在量子信息科学现代理论研究中亦很有趣，并对这类可编程模型的实验评估提出了挑战性问题。在该方向取得某些进展的同时，此类设想也遭遇源于量子定律本质的特定问题。目前已知有两种克服此类问题的方法，有时称为随机与确定性途径。本文专述第二种，亦可称为基于纯态的可编程量子网络。文中讨论了可用于设计此类纳米器件的基本原理与理论模型，例如条件量子动力学、Nielsen-Chuang“不可编程定理”、确定性与随机量子门阵列的思想。同时考虑了具有有限寄存器的可编程量子网络与具有连续量子变量的混合模型。对于具有纯态与有限程序寄存器的通用可编程量子网络，选取了早先工作引入的带三条总线的“控制-移位”量子处理器架构作为基本模型。还表明，用于构造通用可编程量子计算机的量子元胞自动机途径常可视为此类设计的特例。