用于相对论量子计算的 Dirac 信息载体

量子计算的传统表述方式是先假设抽象的信息载体，随后寻找实现它们的物理系统。我们采取相反的观点，探究一个基本的相对论量子系统本身提供了何种计算结构。聚焦于最简单的非平凡有质量自旋载体——自旋 1/2，我们表明其相对论描述通过 Dirac 方程提供了一个原生的四维信息载体。所得的 Dirac 信息载体具有内在的正负能量分解，诱导出包含保扇区与耦合扇区量子逻辑的物理约束计算结构。将相对论计算结构限制在正能量扇区并取非相对论极限，即可恢复熟悉的 Pauli 量子比特描述。我们区分了数学幺正变换与物理允许的门，并展示了电荷共轭结构、电荷超选择定则及相关的参考系资源如何能在保扇区结构之外约束量子逻辑。最后，在适当的物理假设下，我们确立了该结构支持单载体完全可控性的条件。我们的工作将 Dirac 信息载体确立为一个更广泛纲领中自旋 1/2 有质量载体的实例，其中计算结构由底层物理系统所携带的相对论表示导出。