迪文森佐准则
迪文森佐准则（DiVincenzo's criteria）是建构量子电脑的必要条件，由理论物理学家戴维·狄文森佐（David P.DiVincenzo）于2000年提出[1]。量子电脑是由数学家尤里·马宁于1980年[2]以及物理学家理查德·费曼于1982年首次提出[3]，可作为有效模拟量子系统的工具，像是用于解决量子多体问题。
关于如何建构量子计算机的建议相当多，对于在建构量子元件时所遇到的种种挑战，这些建议都取得了不同程度的成功。其中一些建议是使用超导量子位元、离子阱、液态和固态核磁共振或光学簇态，这些建议表明量子电脑的前景良好，但也存在阻碍其实现的问题。
迪文森佐准则由七项条件组成，实验装置必须符合这些条件，才得以实现如Grover的搜索演算法或Shor质因数分解演算法之类的量子演算法。前五项条件涉及量子计算本身，另外两项条件则与实现量子通讯有关，比如量子密钥分发中所使用的条件。我们可以证明，传统电脑会满足迪文森佐准则。而对传统体系和量子体系满足准则能力的比较，既突显出处理量子系统时所出现的复杂性，也突显了量子加速的起源。
准则说明
[编辑]根据迪文森佐准则，要建造量子电脑，实验装置需满足七项条件。前五项是量子电脑必要的：
剩下的两项则是量子通讯所必需的：
- 能够将本地量子位元和飞行量子位元互相转换
- 能够准确地在两点之间传播飞行量子位元
理由
[编辑]迪文森佐在多次尝试建造量子电脑后提出了他的标准。下面描述了为什么这些陈述很重要，并提供了范例。
使用特性良好的量子位元的可扩展性
[编辑]大多数量子运算模型都需要使用量子位元。量子力学上，量子位元被定义为具有某些能隙的2层系统。这有时在物理上很难实现，因此我们将焦点放在原子层级的特定转换上。无论我们选择什么系统，我们都要求系统几乎总是在这两个层次的子空间中，这样我们就可以说它是一个特性良好的量子位元。两个单电子量子点就是一个特性不佳系统的例子，两个单电子量子点都有电位井，每个电位井都被其中一个或另一个电位井中的单电子所占据，这样的量子点可以被适当地描述为单一量子位元。然而，如果考虑到这样的状态，这样的系统就会对应到一个双量子位元状态。
以现今的技术，我们可以创造出拥有特性良好的量子位元的系统，但要创造出拥有任意数量特性良好的量子位元的系统，却是一项挑战。目前，我们面临的最大问题之一是，我们需要呈指数级扩大的实验装置，才能容纳更多的量子位元。量子电脑在计算数字素数因数化的经典演算法时，可以达到指数级的速度；但如果这需要指数级的大型设定，那么我们的优势就会消失。在使用液态核磁共振 (NMR) 的案例中，我们发现增加宏观尺寸会导致系统初始化，让计算量子位元处于高度混合状态。[4] 尽管如此，我们还是找到了一个计算模型，可以使用这些混合状态进行计算，但这些状态越是混合，量子测量所对应的感应信号就越弱。如果这个信号低于杂讯临界值，解决的方法就是增加样本的大小，以提高信号的强度；这就是液态核磁共振作为量子计算方法的不可扩展性的来源。我们可以说，当计算量子位元的数量增加时，它们的特性就会变差，直到达到一个临界值，它们就不再有用了。
将量子位元初始化为简单的假设状态
[编辑]所有量子与经典计算的模型都是基于在量子位元或比特所维持的状态上执行操作，并测量与报告结果，而这个程序是取决于系统的初始状态。特别是量子力学的单一性，使得量子位元的初始化变得极为重要。在许多情况下，初始化是透过让系统量子退火至基态来完成。当您考虑量子纠错时，这一点尤其重要，因为量子纠错是一种执行量子过程的程序，可抵御某些类型的杂讯，而且需要大量新初始化的量子位元，这对初始化的速度造成限制。
参见
[编辑]参考
[编辑]- ^ DiVincenzo, David P. The Physical Implementation of Quantum Computation. Fortschritte der Physik. 2000-04-13, 48 (9–11): 771–783. Bibcode:2000ForPh..48..771D. arXiv:quant-ph/0002077
. doi:10.1002/1521-3978(200009)48:9/11<771::AID-PROP771>3.0.CO;2-E.
- ^ Manin, Yu. I. Vychislimoe i nevychislimoe [Computable and Noncomputable]. Sov.Radio. 1980: 13–15 [2013-03-04]. （原始内容存档于2013-05-10） （俄语）.
- ^ Feynman, R. P. Simulating physics with computers. International Journal of Theoretical Physics. June 1982, 21 (6): 467–488. Bibcode:10.1.1.45.9310 请检查
|bibcode=值 (帮助). doi:10.1007/BF02650179. - ^ Menicucci NC, Caves CM. Local realistic model for the dynamics of bulk-ensemble NMR information processing. Physical Review Letters. 2002, 88 (16): 167901. Bibcode:2002PhRvL..88p7901M. PMID 11955265. arXiv:quant-ph/0111152 . doi:10.1103/PhysRevLett.88.167901.
