含混合态的量子电路

我们定义了允许非幺正门的密度矩阵量子电路模型。在该模型中,计算过程中的测量、噪声和退相干以自然方式实现,并且被证明在计算能力上与标准量子电路等价。本文的主要成果是子例程问题的解:量子电路输出的通用函数是一个概率函数,但使用纯态语言时,这样的函数不能作为黑箱用于其他计算。我们给出了使用通用子例程的自然定义,并分析了它们的计算能力。我们提出了使用混合态进行量子计算的便利度量。对于密度矩阵,我们分析了所谓的“迹度量”,并利用该度量定义和讨论了超算子上的“菱形度量”。这些度量使得对计算中的误差进行形式化讨论成为可能。利用密度矩阵的“因果性”引理,我们还证明了一个概率函数的简单下界。