測定型量子計算

回路モデルでは、量子情報はコヒーレントなユニタリ発展を実現するゲートの適用によって処理されます。これに対して測定型量子計算(MBQC)では、情報は、グラフ状態と呼ばれる高度にもつれた多体状態に対して行われる適応的な単一量子ビット測定の系列によって処理されます。両モデルは等価ですが、後者には古典的な対応物がなく、純粋に量子的です。

MBQC の主な利点は、一部のプラットフォームにとって好都合なアーキテクチャ要件にあります。数百ものゲートを適用する代わりに、このモデルでは複雑さが状態準備の段階に移され、その準備はオフラインで行うことができます。その後の計算に必要なのは、一般に容易な作業とみなされる単一量子ビット測定と、適応性を実現するための古典的なフィードフォワード電子回路および変調器だけです。

この方式の動作原理は、量子テレポーテーションの一般化として理解できます。量子テレポーテーションは、量子情報処理の基礎として 1993 年に提案され¹、1999 年に実証されました²。

量子テレポーテーション

量子テレポーテーションの目的は、量子状態 を A(アリス)から B(ボブ)へ送ることです。両者は遠く離れていてもよく、古典情報の伝送のみが許されています。より詳しくは、状態
のテレポーテーションを実現する量子回路は次のとおりです。

アリスは自分の持つ状態に対してベル測定を行い、その測定結果をボブに伝えます。ボブは、最初に保持していた状態を へと、測定結果に条件付けられた単一量子ビット回転を適用することで変換します。

したがって、状態に直接ゲートを適用する代わりに、変更を加えた共有リソースを用いてその状態をテレポートすると考えることができます。より詳しくは、操作 は、状態 に直接適用することもできますし、その状態 を、変更されたベル状態 を用いてテレポートすることもできます。標準的な手法との違いは明らかです。未知の状態に操作を施す代わりに、既知の状態をオフラインのリソースとして用意するだけでよいのです。

Footnotes

1. Bennett C H, Brassard G, Crépeau C, Jozsa R, Peres A and Wootters W K, 1993, Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein–Podolsky–Rosen channels, Phys. Rev. Lett. 70 1895–9 ↩

2. Bouwmeester D, Pan J-W, Mattle K, Eibl M, Weinfurter H and Zeilinger A, 1997, Experimental quantum teleportation, Nature, 390 575–9 ↩