Чому важливо усунути сміття?


19

Більшість зворотних квантових алгоритмів використовують стандартні ворота, такі як ворота Тоффолі (CCNOT) або ворота Фредкіна (CSWAP). Оскільки для деяких операцій потрібна константа оскільки вхід, а кількість входів і виходів дорівнює, кубіти сміття (або непотрібні кубіти ) з'являються в процесі обчислення.|0⟩

Отже, головна схема на зразок насправді стає , де означає кубіт сміття.| х ⟩ | 0 ⟩ ↦ | f ( x ) ⟩ | г ⟩ | г ⟩|x⟩↦|f(x)⟩|x⟩|0⟩↦|f(x)⟩|g⟩
|g⟩

Схеми, що зберігають початкове значення, закінчуються |x⟩|0⟩|0⟩↦|x⟩|f(x)⟩|g⟩

Я розумію, що кубіти сміття неминучі, якщо ми хочемо, щоб схема залишалася оборотною, але багато джерел 1 стверджують, що важливо їх усунути. Чому так?


1 Через запити на джерела, див., Наприклад, цей архівний папір , стор. 8, де зазначено

Однак кожна з цих простих операцій містить ряд додаткових, допоміжних кубітів, які служать для зберігання проміжних результатів, але в кінці не є актуальними. Щоб не витрачати жодного незвичного [sic] простору, важливо скинути ці кубіти до 0, щоб ми могли повторно їх використовувати

або цей архівний папір, який говорить

Вилучення кубітів сміття та кубиків невід'ємної важливості в розробці ефективного квантового кола.

або багато інших джерел - пошук у Google дає багато звернень.

Відповіді:


17

Квантове втручання - це серце і душа квантових обчислень. Кожного разу, коли у вас є кубіки, вони запобігають перешкодам. Це насправді дуже простий, але дуже важливий момент. Скажімо, у нас є функція яка відображає один біт на один біт. Скажімо, - дуже проста функція, як . Скажімо, у нас була схема яка вводить і виводить . Тепер, звичайно, це була оборотна схема, і вона могла бути реалізована за допомогою унітарної трансформації . Тепер ми можемо подаватиf:{0,1}→{0,1}ff(x)=хСfхf(х)|х⟩→|х⟩12|0⟩+12|1⟩і вихід також буде . Давайте тепер застосуємо ворота перетворення Хадамара і виміряємо те, що ми отримаємо. Якщо застосувати перетворення Адамара до цього стану , ви отримаєте стан, і ви бачите з ймовірністю . У цьому випадку на проміжних щаблях не було створено мотлоху, перетворюючи класичну схему в квантову схему.12|0⟩+12|1⟩12|0⟩+12|1⟩|0⟩01

Але, скажімо, ми створили кілька непотрібних проміжних кроків при використанні такої схеми:

введіть тут опис зображення.

Для цього кола, якщо ми почнемо в стан , після першого кроку отримуємо . Якщо застосувати перетворення Адамара до першого кубіта, ми закінчимо:|х⟩|0⟩=(12|0⟩+12|1⟩)|0⟩12|00⟩+12|11⟩

12|00⟩+12|01⟩+12|10⟩-12|11⟩

Якщо ми зробимо вимірювання на першому кубіті, отримаємо з ймовірністю , на відміну від попереднього випадку, коли ми могли бачити з ймовірністю ! Єдиною різницею між двома випадками було створення небажаного біта в проміжному кроці, якого не було позбавлено, що призводило до різниці в кінцевому результаті обчислення (оскільки кубік сміття заплутався з іншим кубітом) . Ми побачимо іншу схему перешкод, ніж у попередньому випадку, коли застосовується перетворення Адамара. Саме тому ми не любимо тримати барахло, коли робимо квантові обчислення: це запобігає втручанню.01201

Джерело: Лекція професора Умеша Вазірані про EdX.


Якщо відповідь буде ? тобто -ве в останньому терміні? Дуже дякую! 12|00⟩+12|01⟩+12|10⟩-12|11⟩
— HYW

1
@HYW Так, дякую, це була помилка друку.
— Санчаян Дутта

3

Якщо ви хочете використовувати квантовий контур як підпрограму (наприклад, оракул) для квантового алгоритму, який використовує інтерференцію, ви повинні дозволити втручання в процесі, відомому як некомплектність ваших допоміжних (або, вашими словами, сміття) кубітів. Здійснення безперебійних обчислень завжди можливо: Оскільки ваші ворота є оборотними, ви можете просто застосувати їх зворотні. Тобто після кроку, про який ви згадали, , ви виконуєте інше обчислення (або некомп'ютація), яке призводить до .|х⟩|0⟩|0⟩↦|х⟩|f(х)⟩|г⟩|х⟩|f(х)⟩|0⟩

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.