ทำไมการกำจัดขยะทิ้งจึงเป็นสิ่งสำคัญ


18

อัลกอริทึมควอนตัมที่ย้อนกลับได้ส่วนใหญ่ใช้ประตูมาตรฐานเช่นประตู Toffoli (CCNOT) หรือประตู Fredkin (CSWAP) เนื่องจากการดำเนินการบางอย่างต้องการค่าคงที่เมื่ออินพุตและจำนวนอินพุตและเอาต์พุตเท่ากันขยะ qubits (หรือjunk qubits ) จะปรากฏขึ้นในระหว่างการคำนวณ|0⟩

ดังนั้นวงจรหลักเช่นกลายเป็นจริง| x ⟩ | 0 ⟩ ↦ | f ( x ) ⟩ | g ⟩ , ที่ไหน| g ⟩หมายถึง qubit ขยะ (s)|x⟩↦|f(x)⟩|x⟩|0⟩↦|f(x)⟩|g⟩
|g⟩

วงจรที่รักษาค่าดั้งเดิมสิ้นสุดลงด้วย|x⟩|0⟩|0⟩↦|x⟩|f(x)⟩|g⟩

ฉันเข้าใจว่า qubits ขยะเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้หากเราต้องการให้วงจรกลับด้าน แต่ก็มีหลายแหล่งอ้างว่าเป็นสิ่งสำคัญที่จะกำจัดพวกเขา ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น?1


เนื่องจากคำขอแหล่งที่มาให้ดูตัวอย่างเอกสาร arXiv นี้pg 8 ซึ่งระบุว่า1

อย่างไรก็ตามการดำเนินการอย่างง่ายแต่ละอย่างมีจำนวน qubits เสริมเพิ่มเติมซึ่งทำหน้าที่จัดเก็บผลลัพธ์ขั้นกลาง แต่ไม่เกี่ยวข้องในตอนท้าย เพื่อไม่ให้เสียพื้นที่ [sic] ที่ไม่จำเป็นใด ๆ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องรีเซ็ต qubits เหล่านี้เป็น 0 เพื่อให้เราสามารถใช้งานได้อีกครั้ง

หรือกระดาษ arXiv นี้ที่บอกว่า

การกำจัดขยะมูลฝอยและบรรพกาลเป็นสิ่งจำเป็นในการออกแบบวงจรควอนตัมที่มีประสิทธิภาพ

หรือแหล่งข้อมูลอื่น ๆ - การค้นหาของ Googleสร้างความนิยมมากมาย

คำตอบ:


16

การรบกวนของควอนตัมคือหัวใจและจิตวิญญาณของการคำนวณควอนตัม เมื่อใดก็ตามที่คุณมีขยะ qubits พวกเขาจะป้องกันการรบกวน นี่เป็นจุดที่ง่ายมาก แต่สำคัญมาก สมมติว่าเรามีฟังก์ชั่นซึ่งแมปหนึ่งบิตเป็นบิตเดียว Say ฉเป็นฟังก์ชั่นที่ง่ายมากเช่นF ( x ) = x สมมติว่าเรามีวงจรC fซึ่งอินพุตxและเอาต์พุตf ( x )f:{0,1}→{0,1}ff(x)=xCfxf(x). ตอนนี้แน่นอนนี้เป็นวงจรกลับได้และอาจจะดำเนินการโดยใช้การเปลี่ยนแปลงรวม ⟩ ตอนนี้เราสามารถเลี้ยงใน1|x⟩→|x⟩และเอาท์พุทก็จะเป็น112|0⟩+12|1⟩⟩ ให้เราใช้ประตูแปลง Hadamardและวัดสิ่งที่เราได้รับ หากคุณใช้ Hadamard เปลี่ยนเป็นสถานะ112|0⟩+12|1⟩คุณจะได้รับ| 0⟩รัฐและคุณจะเห็น0มีโอกาส1 ในกรณีนี้ไม่มีขยะสร้างขึ้นในขั้นตอนกลางในขณะที่การแปลงวงจรคลาสสิกเป็นวงจรควอนตัม12|0⟩+12|1⟩|0⟩01

แต่สมมติว่าเราสร้างขยะในขั้นตอนกลางเมื่อใช้วงจรแบบนี้:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่.

สำหรับวงจรนี้ถ้าเราเริ่มต้นในสถานะหลังจากขั้นตอนแรกเราจะได้รับ1|x⟩|0⟩=(12|0⟩+12|1⟩)|0⟩⟩ หากเราใช้การแปลง Hadamard กับ qubit แรกเราจะได้:12|00⟩+12|11⟩

12|00⟩+12|01⟩+12|10⟩+12|11⟩

ถ้าเราทำการวัดกับ qubit แรกเราจะได้ด้วยความน่าจะเป็น101201

ที่มา:การบรรยายของศาสตราจารย์ Umesh Vazirani เกี่ยวกับ EdX


3

|x⟩|0⟩|0⟩↦|x⟩|f(x)⟩|g⟩|x⟩|f(x)⟩|0⟩

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.