本發(fā)明涉及量子計(jì)算，尤其涉及的是一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法和分布式廣義控制z門的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

1、量子計(jì)算利用量子態(tài)疊加在量子體系上執(zhí)行信息處理，能夠顯著提高計(jì)算速度與效率，潛力遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)。近年來，超導(dǎo)與光子量子處理器研究取得顯著進(jìn)展，這些成果不僅展現(xiàn)了量子計(jì)算在解決經(jīng)典難題方面的優(yōu)勢，還預(yù)示著其在科研與技術(shù)領(lǐng)域的深遠(yuǎn)影響。然而，構(gòu)建大規(guī)模量子處理器仍面臨挑戰(zhàn)?？茖W(xué)家受經(jīng)典分布式計(jì)算啟發(fā)提出了分布式量子計(jì)算，它由小型量子計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接而成，各節(jié)點(diǎn)寄存器容納有限量子比特，部分量子比特用于網(wǎng)絡(luò)傳輸。節(jié)點(diǎn)內(nèi)量子比特可自由交互，遠(yuǎn)程交互則需通過隱形傳態(tài)、物理傳輸或非局域操作實(shí)現(xiàn)。

2、分布式量子計(jì)算可通過量子隱形傳態(tài)或直接交換量子比特實(shí)現(xiàn)，但eisert等人在2000年提出了一種更高效的方法，利用分布式控制非門，僅需共享糾纏對和兩個(gè)經(jīng)典比特間的通信，即可實(shí)現(xiàn)分布式量子計(jì)算，這種方法被稱為量子門隱形傳輸，并且已經(jīng)在光子、離子阱和超導(dǎo)量子比特等系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。在復(fù)雜量子計(jì)算中，多比特量子門具有顯著的優(yōu)越性。其中，toffoli門、n比特toffoli門、多目標(biāo)比特控制非門可以對多個(gè)量子比特執(zhí)行復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，對于實(shí)現(xiàn)諸如量子傅里葉變換和量子相位估計(jì)等關(guān)鍵算法至關(guān)重要，然而，多個(gè)控制比特、多個(gè)目標(biāo)比特的分布式廣義控制非門目前還沒有實(shí)現(xiàn)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是在多用戶量子網(wǎng)絡(luò)或分布式量子計(jì)算研究中提供一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法和分布式廣義控制z門的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)缺乏多個(gè)控制比特、多個(gè)目標(biāo)比特的分布式廣義控制非門和廣義控制z門的問題。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法，所述方法用于控制一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)，多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)共持有m+n個(gè)本地量子比特和m+n個(gè)飛行比特，所述本地量子比特包括m個(gè)本地控制量子比特和n個(gè)本地目標(biāo)量子比特，所述方法包括：

4、所述本地節(jié)點(diǎn)對飛行比特進(jìn)行初始化；

5、所述本地節(jié)點(diǎn)對所述本地目標(biāo)量子比特進(jìn)行hadamard門操作；

6、所述本地節(jié)點(diǎn)以本地量子比特為控制比特，以飛行比特為目標(biāo)比特執(zhí)行兩比特控制非門操作；

7、所述本地節(jié)點(diǎn)將所述飛行比特經(jīng)由量子信道傳輸給中心節(jié)點(diǎn)；

8、所述中心節(jié)點(diǎn)接收多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)經(jīng)由量子信道傳輸?shù)娘w行比特，對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，將聯(lián)合投影測量結(jié)果傳輸給各個(gè)所述本地節(jié)點(diǎn)；

9、所述本地節(jié)點(diǎn)經(jīng)由經(jīng)典信道接收所述中心節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)穆?lián)合投影測量結(jié)果，根據(jù)所述測量結(jié)果對所述本地量子比特執(zhí)行前饋操作；

10、所述本地節(jié)點(diǎn)對所述本地目標(biāo)量子比特進(jìn)行hadamard門操作。

11、進(jìn)一步地，所述本地量子比特包括光子、原子、離子和超導(dǎo)量子比特。

12、進(jìn)一步地，所述對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，具體是采用完備的正交超圖態(tài)分析儀對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量。

13、進(jìn)一步地，所述完備的正交超圖態(tài)分析儀包括hadamard門和廣義控制z門，所述對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，具體包括：

14、以各個(gè)所述本地控制量子比特對應(yīng)的飛行比特作為控制比特，以各個(gè)所述本地目標(biāo)量子比特對應(yīng)的飛行比特作為目標(biāo)比特，執(zhí)行廣義控制z門；

15、對各個(gè)所述飛行比特執(zhí)行hadamard門；

16、對各個(gè)所述飛行比特進(jìn)行計(jì)算基態(tài)測量，得到所述聯(lián)合投影測量結(jié)果。

17、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述測量結(jié)果對所述本地量子比特執(zhí)行前饋操作，具體包括：

18、依次判斷所有飛行比特對應(yīng)的測量值是否為1；

19、若飛行比特對應(yīng)的測量值為1，則對飛行比特對應(yīng)的本地量子比特執(zhí)行前饋的z門。

20、此外，為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供一種分布式廣義控制z門的實(shí)現(xiàn)方法，所述方法用于控制一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)，多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)共持有m+n個(gè)本地量子比特和m+n個(gè)飛行比特，所述本地量子比特包括m個(gè)本地控制量子比特和n個(gè)本地目標(biāo)量子比特，所述方法包括

21、所述本地節(jié)點(diǎn)對飛行比特進(jìn)行初始化；

22、所述本地節(jié)點(diǎn)以本地量子比特為控制比特，以飛行比特為目標(biāo)比特執(zhí)行兩比特控制非門操作；

23、將所述飛行比特經(jīng)由量子信道傳輸給中心節(jié)點(diǎn)；

24、所述中心節(jié)點(diǎn)接收多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)經(jīng)由量子信道傳輸?shù)娘w行比特，對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，將聯(lián)合投影測量結(jié)果傳輸給各個(gè)所述本地節(jié)點(diǎn)；

25、所述本地節(jié)點(diǎn)經(jīng)由經(jīng)典信道接收所述中心節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)穆?lián)合投影測量結(jié)果，根據(jù)所述測量結(jié)果對所述本地量子比特執(zhí)行前饋操作。

26、進(jìn)一步地，所述本地量子比特包括光子、原子、離子和超導(dǎo)量子比特。

27、進(jìn)一步地，所述對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，具體是采用完備的正交超圖態(tài)分析儀對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量。

28、進(jìn)一步地，所述完備的正交超圖態(tài)分析儀包括hadamard門和廣義控制z門，所述對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，具體包括：

29、以各個(gè)所述本地控制量子比特對應(yīng)的飛行比特作為控制比特，以各個(gè)所述本地目標(biāo)量子比特對應(yīng)的飛行比特作為目標(biāo)比特，執(zhí)行廣義控制z門；

30、對各個(gè)所述飛行比特執(zhí)行hadamard門；

31、對各個(gè)所述飛行比特進(jìn)行計(jì)算基態(tài)測量，得到所述聯(lián)合投影測量結(jié)果。

32、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述測量結(jié)果對所述本地量子比特執(zhí)行前饋操作，具體包括：

33、依次判斷所有飛行比特對應(yīng)的測量值是否為1；

34、若飛行比特對應(yīng)的測量值為1，則對飛行比特對應(yīng)的本地量子比特執(zhí)行前饋的z門。

35、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案具有以下效果：

36、本發(fā)明通過使用飛行比特的聯(lián)合投影測量代替了以往方案中的糾纏分發(fā)，將量子比特間的關(guān)聯(lián)從量子糾纏源轉(zhuǎn)移到量子測量，避免了大量糾纏態(tài)的制備，同時(shí)降低了量子比特消耗數(shù)量，進(jìn)一步提升了分布式量子邏輯門的分發(fā)距離，這為復(fù)雜量子網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模分布式量子計(jì)算提供了一種新的有效解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法用于控制一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)，多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)共持有m+n個(gè)本地量子比特和m+n個(gè)飛行比特，所述本地量子比特包括m個(gè)本地控制量子比特和n個(gè)本地目標(biāo)量子比特，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述本地量子比特包括光子、原子、離子和超導(dǎo)量子比特。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，具體是采用完備的正交超圖態(tài)分析儀對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述完備的正交超圖態(tài)分析儀包括hadamard門和廣義控制z門，所述對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述測量結(jié)果對所述本地量子比特執(zhí)行前饋操作，具體包括：

6.一種分布式廣義控制z門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法用于控制一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)，多個(gè)本地節(jié)點(diǎn)共持有m+n個(gè)本地量子比特和m+n個(gè)飛行比特，所述本地量子比特包括m個(gè)本地控制量子比特和n個(gè)本地目標(biāo)量子比特，所述方法包括

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種分布式廣義控制z門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述本地量子比特包括光子、原子、離子和超導(dǎo)量子比特。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，具體是采用完備的正交超圖態(tài)分析儀對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種分布式廣義控制z門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述完備的正交超圖態(tài)分析儀包括hadamard門和廣義控制z門，所述對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量，具體包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種分布式廣義控制z門的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述測量結(jié)果對所述本地量子比特執(zhí)行前饋操作，具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及量子計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種分布式廣義控制非門的實(shí)現(xiàn)方法和分布式廣義控制Z門的實(shí)現(xiàn)方法。包括：所述本地節(jié)點(diǎn)對飛行比特進(jìn)行初始化；對所述本地目標(biāo)量子比特進(jìn)行Hadamard門操作；所述本地量子比特對飛行比特進(jìn)行控制非門操作；將所述飛行比特傳輸給中心節(jié)點(diǎn)；所述中心節(jié)點(diǎn)對所述飛行比特進(jìn)行聯(lián)合投影測量；所述本地節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述聯(lián)合投影測量結(jié)果對所述本地量子比特進(jìn)行前饋操作；對所述本地目標(biāo)量子比特進(jìn)行Hadamard門操作。本發(fā)明去除兩次對所述本地目標(biāo)量子比特進(jìn)行的Hadamard門操作，則可以實(shí)現(xiàn)分布式廣義控制Z門。本發(fā)明進(jìn)一步提升了分布式量子邏輯門的分發(fā)距離，為大規(guī)模分布式量子計(jì)算提供了一種新的有效解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：陳虎,凌珊,毛亞麗,李正達(dá)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15