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利用封闭图上的离散时间量子游走实现多量子比特量子计算。

Multi-qubit quantum computing using discrete-time quantum walks on closed graphs.

作者信息

Chawla Prateek, Singh Shivani, Agarwal Aman, Srinivasan Sarvesh, Chandrashekar C M

机构信息

The Institute of Mathematical Sciences, C. I. T. Campus, Taramani, Chennai, 600113, India.

Homi Bhabha National Institute, Training School Complex, Anushakti Nagar, Mumbai, 400094, India.

出版信息

Sci Rep. 2023 Jul 26;13(1):12078. doi: 10.1038/s41598-023-39061-1.

DOI:10.1038/s41598-023-39061-1
PMID:37495607
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10372037/
Abstract

Universal quantum computation can be realised using both continuous-time and discrete-time quantum walks. We present a version based on single particle discrete-time quantum walk to realize multi-qubit computation tasks. The scalability of the scheme is demonstrated by using a set of walk operations on a closed lattice form to implement the universal set of quantum gates on multi-qubit system. We also present a set of experimentally realizable walk operations that can implement Grover's algorithm, quantum Fourier transformation and quantum phase estimation algorithms. An elementary implementation of error detection and correction is also presented. Analysis of space and time complexity of the scheme highlights the advantages of quantum walk based model for quantum computation on systems where implementation of quantum walk evolution operations is an inherent feature of the system.

摘要

通用量子计算可以通过连续时间和离散时间量子游走实现。我们提出了一个基于单粒子离散时间量子游走的版本来实现多量子比特计算任务。通过在封闭晶格形式上使用一组游走操作来实现多量子比特系统上的通用量子门集，证明了该方案的可扩展性。我们还提出了一组可通过实验实现的游走操作，它们可以实现格罗弗算法、量子傅里叶变换和量子相位估计算法。此外还给出了错误检测和纠正的基本实现。对该方案的空间和时间复杂度分析突出了基于量子游走的模型在量子计算中的优势，对于那些量子游走演化操作的实现是系统固有特性的系统而言。

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