वन-वे क्वांटम कंप्यूटर



वन-वे या माप-आधारित क्वांटम कंप्यूटर (एमबीक्यूसी) क्वांटम कम्प्यूटिंग की विधि है जो पूर्व क्वांटम जटिल संसाधन स्थिति तैयार करती है, सामान्यतः क्लस्टर अवस्था या आरेख स्थिति, फिर उस पर एकल क्युबिट मापन करती है। यह एक पक्षीय है क्योंकि माप से संसाधन स्थिति नष्ट हो जाती है।

प्रत्येक व्यक्तिगत माप का परिणाम यादृच्छिक होता है, परन्तु वे इस प्रकार से संबंधित होते हैं कि गणना सदैव सफल होती है। सामान्यतः बाद के मापन के लिए आधार (रैखिक बीजगणित) के विकल्प को पूर्व माप के परिणामों पर निर्भर करने की आवश्यकता होती है, और इसलिए सभी माप ही समय में नहीं किए जा सकते हैं।

एमबीक्यूसी का हार्डवेयर कार्यान्वयन मुख्य रूप से फोटोनिक्स पर निर्भर करता है, फोटॉनों के बीच जटिल के गुणों के कारण है। जटिल और माप की प्रक्रिया को आरेख (असतत गणित) और समूह सिद्धांत की सहायता से वर्णित किया जा सकता है, विशेष रूप से स्थिरक समूह के अवयवों द्वारा आदि।

परिभाषा
क्वांटम कंप्यूटिंग का उद्देश्य क्वांटम यांत्रिकी की विशेषताओं के साथ सूचना सिद्धांत के निर्माण पर केंद्रित है: सूचना (अंश) की द्विआधारी इकाई को एन्कोड करने के अतिरिक्त, जिसे 1 या 0 पर स्विच किया जा सकता है, क्वांटम अधिस्थापन नामक घटना के कारण सूचना की एक क्वांटम बाइनरी इकाई (क्यूबिट) एक ही समय में 0 और 1 में बदल सकती है।  क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए अन्य प्रमुख विशेषता क्वांटम के बीच क्वांटम जटिल पर निर्भर करती है।

क्वांटम लॉजिक गेट मॉडल में, क्युबिट का समूह, जिसे रजिस्टर कहा जाता है, संगणना की प्रारम्भ में तैयार किया जाता है, फिर एकात्मक आव्यूह द्वारा ले जाने वाले क्यूबिट पर लॉजिक संक्रिया का समूह लागू किया जाता है। माप-आधारित क्वांटम गणना में, एकात्मक परिवर्तनों के माध्यम से एक तर्क संचालन को कार्यान्वित करने के बजाय, एक ही संक्रिया को $$a$$ सहायक क्यूबिट के क्लस्टर के साथ इनपुट क्यूबिट की संख्या $$k$$ को जटिल निष्पादित किया जाता है, जिससे $$a+k=n$$ क्यूबिट की समग्र स्रोत स्थिति बनती है, और फिर उनमें से एक संख्या $$m$$ को मापना। मापे गए क्यूबिट के साथ जटिलता कारण शेष $$k=n-m$$ आउटपुट क्वबिट माप से प्रभावित होंगे। वन-वे कंप्यूटर सार्वभौमिक क्वांटम कंप्यूटर सिद्ध हुआ है, जिसका अर्थ है कि यह किसी भी एकात्मक संक्रिया को मनमानी संख्या में पुन: उत्पन्न कर सकता है।

सामान्य प्रक्रिया
माप-आधारित क्वांटम कंप्यूटिंग की मानक प्रक्रिया में तीन चरण होते हैं: क्यूबिट जटिलता, एंसिली (सहायक क्यूबिट) को मापें और आउटपुट को सही करें। पूर्व चरण में, स्रोत स्थिति तैयार करने के लिए क्युबिट जटिल है। दूसरे चरण में, अंसिलाई को मापा जाता है, जो आउटपुट क्युबिट की स्थिति को प्रभावित करता है। यद्यपि, क्वांटम यांत्रिकी की अनिर्धारित प्रकृति के कारण मापन आउटपुट गैर-नियतात्मक परिणाम हैं: नियतात्मक विधि से संगणना को आगे बढ़ाने के लिए, कुछ सुधार संचालक, जिन्हें उपोत्पाद कहा जाता है, प्रस्तुत किए जाते हैं।

स्रोत स्थिति तैयार करना
गणना के प्रारम्भ में, क्युबिट को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: इनपुट और सहायक क्युबिट। इनपुट सामान्य में निर्धारित क्युबिट $$| \psi \rangle = \alpha |0\rangle + \beta |1 \rangle$$ अवस्था का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिस पर कुछ एकात्मक परिवर्तनों का कार्य किया जाना है। स्रोत अवस्था तैयार करने के लिए, सभी सहायक क्युबिट $$ |+\rangle $$ अवस्था में तैयार किया जाना चाहिए:
 * $$ |+\rangle = \tfrac{| 0 \rangle + | 1 \rangle}{\sqrt{2}}, $$

जहाँ $$ | 0 \rangle $$ और $$ | 1 \rangle  $$ उत्कृष्ट $$0$$ और $$1$$ बिट के लिए क्वांटम एन्कोडिंग हैं:
 * $$ | 0 \rangle = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix};\quad | 1 \rangle = \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \end{pmatrix} $$.

$$n$$ के साथ रजिस्टर $$ | + \rangle^{\otimes n} $$ क्युबिट इसलिए समूहित किया जाएगा। तत्पश्चात, दो क्युबिट $$CZ$$ गेट संक्रिया के बीच जटिल को लागू करके निष्पादन किया जा सकता है। इस प्रकार के दो-क्युबिट संक्रियक का आव्यूह प्रतिनिधित्व
 * $$ CZ =\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & -1 \end{bmatrix} $$ द्वारा दर्शाया गया है।

$$CZ$$ की क्रिया निम्नलिखित प्रणाली द्वारा दो क्विबिट से अधिक गेट का वर्णन किया जा सकता है:

\begin{cases} CZ | 0+ \rangle = | 0+ \rangle \\ CZ | 0- \rangle = | 0- \rangle \\ CZ | 1+ \rangle = | 1- \rangle \\ CZ | 1- \rangle = | 1+ \rangle \end{cases} $$ $$CZ$$ का आवेदन करते समय $$|+ \rangle$$ अवस्था में दो सहायक द्वार, समग्र अवस्था
 * $$CZ| ++ \rangle = \frac{| 0+ \rangle + | 1- \rangle}{\sqrt 2}$$

क्युबिट के जटिल युग्म बन जाते है। जब दो सहायकों को आपस में उलझाते हैं, तो इस विषय में कोई महत्व नहीं दिया जाता है कि कौन सी नियंत्रण कक्षा है और कौन सा लक्ष्य है, जहाँ तक परिणाम समान है। इसी प्रकार, $$CZ$$ के रूप में द्वार को विकर्ण रूप में दर्शाया गया है, वे सभी एक-दूसरे का आवागमन करते हैं, और इस विषय में कोई महत्व नहीं दिया जाता है कि कौन सी कक्षा पूर्व उलझती है। जटिल भौतिक मात्राओं को तैयार करने के लिए फोटॉन सबसे सामान्य स्रोत हैं।

क्युबिट को मापना
एकल-कण अवस्था पर मापन की प्रक्रिया को प्रेक्षण योग्य के आइगेन सदिश पर अवस्था को प्रक्षेपित करके वर्णित किया जा सकता है। अवलोकनीय $$O$$ पर विचार करें दो संभावित आइगेन सदिश के साथ, $$| o_1 \rangle$$ और $$| o_2 \rangle$$ कहते हैं, और $$| \Psi \rangle$$ बहु-कण क्वांटम प्रणाली से निपटने के लिए मान लीजिए. नाप रहा है $$i$$-वें क्वबिट द्वारा $$O$$ देखने योग्य साधन प्रोजेक्ट करने के लिए $$| \Psi \rangle$$ के आइगेन सदिश पर अवस्था $$O$$: :$$ | \Psi' \rangle = |o_i \rangle \langle o_i | \Psi \rangle$$. की वास्तविक स्थिति $$i$$-वीं कक्षा अब है $$|o_i \rangle$$, जो बन सकता है $$ | o_1 \rangle$$ या $$ | o_2 \rangle$$, माप से परिणाम पर निर्भर करता है (जो क्वांटम यांत्रिकी में संभाव्य है)। माप प्रक्षेपण के eigenstates पर किया जा सकता है $$M(\theta) = \cos(\theta)X + \sin(\theta)Y$$ देखने योग्य:
 * $$ M(\theta) = \cos(\theta) \begin{bmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{bmatrix} + \sin(\theta) \begin{bmatrix} 0 & -i \\ i & 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & e^{-i \theta} \\ e^{i \theta} & 0 \end{bmatrix} $$,

जहाँ $$X$$ और $$Y$$ पॉल मैट्रिसेस से संबंधित हैं। के ईजेनवेक्टर $$M(\theta)$$ हैं $$|\theta_\pm \rangle = |0 \rangle \pm e^{i \theta} |1 \rangle$$. पर क्युबिट मापना $$X$$-$$Y$$ विमान, यानी द्वारा $$M(\theta)$$ देखने योग्य, का अर्थ है इसे प्रोजेक्ट करना $$|\theta_+ \rangle$$ या $$|\theta_- \rangle$$. तरफ़ा क्वांटम कंप्यूटिंग में, बार क्यूबिट को मापने के बाद, गणना के प्रवाह में इसे रीसायकल करने का कोई तरीका नहीं है। इसलिए, का उपयोग करने के अतिरिक्त $$|o_i \rangle \langle o_i |$$ अंकन, यह खोजना सामान्य है $$\langle o_i |$$ पर प्रक्षेपी माप इंगित करने के लिए $$i$$-वीं कक्षा।

आउटपुट सही करना
सभी मापन किए जाने के बाद, सिस्टम को कम संख्या में क्युबिट में घटा दिया गया है, जो सिस्टम की आउटपुट स्थिति बनाते हैं। माप के संभाव्य परिणाम के कारण, सिस्टम नियतात्मक तरीके से समूह नहीं होता है: पर माप के बाद $$X$$-$$Y$$ विमान, परिणाम बदल सकता है कि क्या परिणाम था $$| \theta_+ \rangle $$ या $$| \theta_- \rangle $$. नियतात्मक संगणना करने के लिए, कुछ सुधार प्रस्तुत किए जाने चाहिए। सुधार संचालक, या उपोत्पाद संचालक, सभी मापों के निष्पादन के बाद आउटपुट क्यूबिट पर लागू होते हैं। उपोत्पाद संचालक जिन्हें कार्यान्वित किया जा सकता है वे हैं $$X$$ और $$Z$$. माप के परिणाम के आधार पर, उपोत्पाद संक्रियक को आउटपुट स्थिति पर लागू किया जा सकता है या नहीं: ए $$X$$ पर सुधार $$j$$-th क्युबिट, पर किए गए माप के परिणाम के आधार पर $$i$$-th क्युबिट के माध्यम से $$M(\theta)$$ अवलोकनीय, के रूप में वर्णित किया जा सकता है $$X_j^{s_i}$$, जहाँ $$s_i$$ होना तय है $$0$$ यदि माप का परिणाम था $$| \theta_+ \rangle$$, अन्यथा है $$1$$ अगर यह था $$| \theta_- \rangle$$. पूर्व मामले में, कोई सुधार नहीं होगा, बाद वाले में a $$X$$ संक्रियक पर लागू किया जाएगा $$j$$-वीं कक्षा। आखिरकार, भले ही माप का परिणाम क्वांटम यांत्रिकी में नियतात्मक नहीं है, माप से परिणाम का उपयोग सुधार करने के लिए किया जा सकता है, और नियतात्मक संगणना को जारी रखा जा सकता है।

सीएमई पैटर्न
एकात्मक फाटकों को लागू करने के लिए जटिल, माप और सुधार के संचालन किए जा सकते हैं। सर्किट में किसी भी लॉजिक गेट के लिए इस प्रकार के संक्रिया समय-समय पर किए जा सकते हैं, या बल्कि ऐसे पैटर्न में जो प्रारम्भ में सभी जटिल संचालन को आवंटित करता है, मध्य में माप और सर्किट के अंत में सुधार। गणना के ऐसे पैटर्न को सीएमई मानक पैटर्न कहा जाता है। सीएमई औपचारिकता में, के बीच जटिल का संचालन $$i$$ और $$j$$ क्यूबिट कहा जाता है $$E_{ij}$$. पर माप $$i$$ क्यूबिट, में $$X$$-$$Y$$ विमान, के संबंध में $$\theta$$ कोण, के रूप में परिभाषित किया गया है $$M_i^\theta$$. अंत में, $$X$$ ए पर उपोत्पाद $$i$$ क्युबिट, a से अधिक माप के संबंध में $$j$$ क्यूबिट, के रूप में वर्णित है $$X_i^{s_j}$$, जहाँ $$s_j$$ इसके लिए समूह है $$0$$ यदि परिणाम है $$| \theta_+ \rangle$$ अवस्था, $$1$$ जब परिणाम है $$| \theta_- \rangle$$. ही अंकन के लिए है $$Z$$ उपोत्पाद।

सीएमई पैटर्न के बाद गणना करते समय, ऐसा हो सकता है कि दो माप $$M_i^{\theta_1}$$ और $$M_j^{\theta_2}$$ पर $$X$$-$$Y$$ समतल से दूसरे के परिणाम पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, माप के कोण के सामने का चिह्न $$j$$-th क्युबिट को माप के संबंध में फ़्लिप किया जा सकता है $$i$$-वीं कक्षा: ऐसे मामले में, अंकन को इस प्रकार लिखा जाएगा $$[M_j^{\theta_2}]^{s_i} M_i^{\theta_1}$$, और इसलिए मापन की दो संक्रियाएं अब एक-दूसरे का स्थानान्तरण नहीं करती हैं। अगर $$s_i$$ इसके लिए समूह है $$0$$, कोई फ्लिप नहीं $$\theta_2$$ संकेत होगा, अन्यथा (जब $$s_i=1$$) द $$\theta_2$$ कोण पर फ़्लिप किया जाएगा $$-\theta_2$$. अंकन $$[M_j^{\theta_2}]^{s_i}$$ इसलिए के रूप में फिर से लिखा जा सकता है $$M_j^{(-)^{s_i}\theta_2}$$.

एक उदाहरण: यूलर रोटेशन
उदाहरण के तौर पर, यूलर कोणों पर विचार करें $$XZX$$ आधार: इस प्रकार के संक्रिया, क्वांटम कम्प्यूटेशन के गेट मॉडल में वर्णित हैं
 * $$ e^{i \gamma}R_X(\phi) R_Z(\theta)R_X(\lambda) $$,

जहाँ $$\phi, \theta, \lambda$$ घूर्णन के लिए कोण हैं, जबकि $$\gamma$$ वैश्विक चरण को परिभाषित करता है जो गणना के लिए अप्रासंगिक है। इस प्रकार के संक्रिया को एकतरफा कंप्यूटिंग फ्रेम में करने के लिए, निम्नलिखित सीएमई पैटर्न को लागू करना संभव है:
 * $$Z_3^{s_1+s_3}X_3^{s_2+s_4} [M_4^{-\phi}]^{s_1+s_3} [M_3^{-\theta}]^{s_2} [M_2^{-\lambda}]^{s_1} M_1^{0} E_{4,5} E_{3,4} E_{2,3} E_{1,2}$$,

जहां इनपुट स्थिति $$| \psi \rangle = \alpha | 0 \rangle + \beta | 1 \rangle$$ क्युबिट है $$1$$, अन्य सभी क्युबिट सहायक सहायक हैं और इसलिए उन्हें तैयार करना होगा $$| + \rangle$$ अवस्था। पूर्व चरण में, इनपुट स्थिति $$|\psi \rangle$$ दूसरी कक्षा से उलझा होना चाहिए; बदले में, दूसरी कक्षा को तीसरे और इसी प्रकार से उलझाना चाहिए। पेचीदा संक्रिया $$E_{ij}$$ क्युबिट के बीच द्वारा किया जा सकता है $$CZ$$ द्वार।

दूसरे स्थान पर, पहली और दूसरी क्युबिट द्वारा मापा जाना चाहिए $$M(\theta)$$ देखने योग्य, जिसका अर्थ है कि उन्हें स्वदेशी अवस्थाों पर प्रक्षेपित किया जाना चाहिए $$| \theta \rangle $$ इस प्रकार के अवलोकनीय। जब $$\theta$$ शून्य है, $$| \theta_\pm \rangle$$ अवस्था कम हो जाते हैं $$|\pm \rangle$$ वाले, यानी के लिए आइगेन सदिश $$X$$ पाउली संचालिका. पहला माप $$M_1^{0}$$ क्यूबिट पर किया जाता है $$1$$ के साथ $$\theta=0$$ कोण, जिसका अर्थ है कि इसे पर प्रक्षेपित किया जाना है $$\langle \pm |$$ अवस्थाों। दूसरा माप $$[M_2^{-\lambda}]^{s_1}$$ के संबंध में किया जाता है $$-\lambda$$ कोण, यानी दूसरी कक्षा पर प्रक्षेपित किया जाना है $$\langle 0 | \pm e^{i \lambda} \langle 1 |$$ अवस्था। यद्यपि, यदि पिछले माप से परिणाम किया गया है $$\langle - |$$, का चिह्न है $$\lambda$$ कोण को फ़्लिप करना होगा, और दूसरी कक्षा को प्रक्षेपित किया जाएगा $$\langle 0 | + e^{-i \lambda} \langle 1 |$$ अवस्था; यदि पूर्व माप से परिणाम किया गया है $$\langle + |$$, कोई फ्लिप करने की आवश्यकता नहीं है। तीसरे के लिए वही संक्रिया दोहराना होगा $$[M_3^{\theta}]^{s_2}$$ और चौथा $$[M_4^{\phi}]^{s_1+s_3}$$ माप, संबंधित कोणों और साइन फ़्लिप के अनुसार। के ऊपर का चिन्ह $$\phi$$ कोण होना तय है $$(-)^{s_1+s_3}$$. आखिरकार पाँचवीं कक्षा (मापने के लिए केवल ही नहीं) के आंकड़े आउटपुट स्टेट हैं।

अंत में, सुधार $$Z_5^{s_1+s_3}X_5^{s_2+s_4}$$ आउटपुट स्टेट पर बायप्रोडक्ट संक्रियकों के माध्यम से निष्पादन किया जाना है। उदाहरण के लिए, यदि दूसरी और चौथी कक्षा से अधिक की माप हो $$\langle \phi_+ |$$ और $$\langle \lambda_+ |$$द्वारा कोई सुधार नहीं किया जाएगा $$X_5$$ संक्रियक, के रूप में $$s_2=s_4=0$$. के लिए ही परिणाम है $$\langle \phi_- |$$ $$\langle \lambda_- |$$ परिणाम, जैसा $$s_2=s_4=1$$ और इस प्रकार स्क्वायर पाउली संक्रियक $$X^2$$ पहचान लौटाता है।

जैसा कि इस प्रकार के उदाहरण में देखा गया है, माप-आधारित गणना मॉडल में, भौतिक इनपुट क्यूबिट (पहला वाला) और आउटपुट क्यूबिट (तीसरा वाला) दूसरे से भिन्न हो सकते हैं।

क्वांटम सर्किट मॉडल और एमबीक्यूसी
के बीच समानता

वन-वे क्वांटम कंप्यूटर जटिल और माप के संचालन के माध्यम से एकात्मक परिवर्तनों के सर्किट के कार्यान्वयन की अनुमति देता है। उसी समय, किसी भी क्वांटम सर्किट को बदले में सीएमई पैटर्न में परिवर्तित किया जा सकता है: क्वांटम सर्किट को माप के एमबीक्यूसी पैटर्न में अनुवाद करने की तकनीक वी। डैनोस एट अल द्वारा तैयार की गई है। द्वारा बनाए गए लॉजिक गेट्स के सार्वभौमिक समूह का उपयोग करके इस प्रकार के रूपांतरण को आगे बढ़ाया जा सकता है $$CZ$$ और यह $$J(\theta)$$ संक्रियक: इसलिए, किसी भी सर्किट को समूह में विघटित किया जा सकता है $$CZ$$ और यह $$J(\theta)$$ द्वार। $$J(\theta)$$ h> सिंगल-क्यूबिट संक्रियक को निम्नानुसार परिभाषित किया गया है:
 * $$J(\theta) = \frac{1}{\sqrt 2} \begin{pmatrix} 1 & e^{i \theta} \\ 1 & -e^{i\theta} \end{pmatrix}$$. $$J(\theta)$$ h> को निम्नानुसार CME पैटर्न में बदला जा सकता है:
 * $$J(\theta) = X_2 M_1^{-\theta} E_{1,2}$$

जिसका अर्थ है, ए को लागू करना $$J(\theta)$$ संक्रियक, इनपुट क्युबिट $$| \psi \rangle$$ ancilla क्युबिट से उलझा होना चाहिए $$| + \rangle$$, इसलिए इनपुट को पर मापा जाना चाहिए $$X$$-$$Y$$ विमान, उसके बाद आउटपुट क्यूबिट द्वारा सही किया जाता है $$X_2$$ उपोत्पाद। बार हर $$J(\theta)$$ गेट को सीएमई पैटर्न में विघटित कर दिया गया है, समग्र संगणना में संचालन शामिल होंगे $$E_{ij}$$ जटिल, $$M_i^{-\theta_i}$$ माप और $$X_j$$ सुधार। गणना के पूरे प्रवाह को सीएमई पैटर्न में ले जाने के लिए, कुछ नियम प्रदान किए गए हैं।

मानकीकरण
सभी को स्थानांतरित करने के लिए $$E_{ij}$$ प्रक्रिया की प्रारम्भ में जटिल, कम्यूटेटर के कुछ नियम बताए जाने चाहिए:
 * $$E_{ij} Z_i^s = Z_i^s E_{ij}$$
 * $$E_{ij} X_i^s = X_i^s Z_j^s E_{ij}$$
 * $$E_{ij} A_k = A_k E_{ij}$$.

जटिल संचालक $$E_{ij}$$ के साथ आवागमन करता है $$Z$$ पाउली संक्रियकों और किसी अन्य संक्रियक के साथ $$A_k$$ क्युबिट पर अभिनय $$k\neq i,j$$, परन्तु साथ नहीं $$X$$ पाउली संक्रियकों पर अभिनय $$i$$-वें या $$j$$-वें क्युबिट।

पाउली सरलीकरण
माप संचालन $$M_i^\theta$$ निम्नलिखित तरीके से सुधार के साथ यात्रा करें:


 * $$M_i^\theta X_i^s = [M_i^\theta]^s$$
 * $$M_i^\theta Z_i^t = S_i^t M_i^\theta$$,

जहाँ $$[M_i^\theta]^s=M_i^{(-)^s\theta}$$. इस प्रकार के संक्रिया का मतलब है कि, शिफ्ट करते समय $$X$$ पैटर्न के अंत में सुधार, माप के बीच कुछ निर्भरताएँ हो सकती हैं। $$S_i^t$$ h> संक्रियक को सिग्नल शिफ्टिंग कहा जाता है, जिसकी क्रिया अगले पैराआरेख में बताई जाएगी। विशेष रूप से $$\theta$$ कोण, कुछ सरलीकरण, जिन्हें पाउली सरलीकरण कहा जाता है, प्रस्तुत किए जा सकते हैं:


 * $$M_i^0 X_i^s = M_i^0$$
 * $$M_i^{\pi/2} X_i^s = M_i^{\pi/2} Z_i^s$$.

सिग्नल शिफ्टिंग
सिग्नल शिफ्टिंग संक्रियक की क्रिया $$S_i^t$$ इसके रूपांतरण के नियमों के माध्यम से समझाया जा सकता है:


 * $$X_i^{s} S_i^t = S_i^t X_i^{s[(s_i+t)/s_i]}$$
 * $$Z_i^{s} S_i^t = S_i^t Z_i^{s[(s_i+t)/s_i]}$$. $$s[(t+s_i)/s_i]$$ h> संक्रिया की व्याख्या की जानी है: मान लीजिए कि संकेतों का क्रम है $$s$$, को मिलाकर $$s_1 + s_2 + ... + s_i + ...$$, संचालन $$s[(t+s_i)/s_i]$$ मतलब स्थानापन्न करना $$s_i$$ साथ $$s_i+t$$ क्रम में $$s$$, जो बन जाता है $$s_1 + s_2 + ... + s_i + t + ...$$. अगर कोई नहीं $$s_i$$ में प्रकट होता है $$s$$ अनुक्रम, कोई प्रतिस्थापन नहीं होगा। सही सीएमई पैटर्न करने के लिए, हर सिग्नल शिफ्टिंग संक्रियक $$S_i^t$$ पैटर्न के अंत में अनुवाद किया जाना चाहिए।

स्थिरक औपचारिकता
उलझे हुए क्युबिट की स्रोत स्थिति तैयार करते समय, स्टेबलाइजर समूह द्वारा आरेख प्रतिनिधित्व दिया जा सकता है। स्टेबलाइजर समूह $$\mathcal{S}_n$$ पाउली समूह का एबेलियन समूह उपसमूह है $$\mathcal{P}_n$$, जिसे इसके जनरेटर द्वारा वर्णित किया जा सकता है $$\{\pm 1, \pm i\} \times \{I,X,Y,Z\}^{\otimes n}$$. स्टेबलाइजर अवस्था है $$n$$-क्यूबिट अवस्था $$| \Psi \rangle $$ जो जनरेटर के लिए अद्वितीय eigenstate है $$S_i$$ की $$\mathcal{S}_n$$ स्टेबलाइजर समूह: :$$S_i | \Psi \rangle = | \Psi \rangle.$$ बिल्कुल, $$S_i \in \mathcal{S}_n \, \forall i$$.

इसलिए इसे परिभाषित करना संभव है $$n$$ क्यूबिट आरेख स्थिति $$| G \rangle$$ आरेख, यानी समूह से जुड़ी क्वांटम स्थिति के रूप में $$G=(V,E)$$ जिसका वर्टेक्स (आरेख सिद्धांत) $$V$$ क्यूबिट के अनुरूप, जबकि एज (आरेख सिद्धांत) $$E$$ क्युबिट के बीच जटिलों का प्रतिनिधित्व करते हैं। शीर्षों को a द्वारा लेबल किया जा सकता है $$i$$ सूचकांक, जबकि किनारों, को जोड़ने $$i$$-वें शीर्ष से $$j$$-वाँ, दो-सूचकांक लेबल द्वारा, जैसे $$(i,j)$$. स्टेबलाइजर औपचारिकता में, इस प्रकार की आरेख संरचना को एनकोड किया जा सकता है $$K_i$$ के जनरेटर $$\mathcal{S}_n$$, के रूप में परिभाषित
 * $$ K_i = X_i \prod_{j \in (i,j)} Z_j $$,

जहाँ $${j \in (i,j)}$$ सभी के लिए खड़ा है $$j$$ के साथ पड़ोसी क्युबिट $$i$$-वाँ, यानी $$j$$ ए से जुड़े हुए कोने $$(i,j)$$ के साथ बढ़त $$i$$ शिखर। प्रत्येक $$K_i$$ जनरेटर अन्य सभी के साथ यात्रा करता है। द्वारा रचित आरेख $$n$$ शिखरों द्वारा वर्णित किया जा सकता है $$n$$ स्टेबलाइजर समूह से जनरेटर:


 * $$\langle K_1, K_2, ..., K_n\rangle$$.

जबकि की संख्या $$X_i$$ प्रत्येक के लिए निर्धारित है $$K_i$$ जनरेटर, की संख्या $$Z_j$$ आरेख़ में किनारों द्वारा लागू किए गए कनेक्शन के संबंध में भिन्न हो सकते हैं।

क्लिफर्ड समूह
क्लिफर्ड समूह $$\mathcal{C}_n$$ अवयवों से बना है जो पाउली के समूह से अवयवों को अपरिवर्तित छोड़ देते हैं $$\mathcal{P}_n$$:
 * $$\mathcal{C}_n = \{ U \in SU(2^n) \; | \; U S U^\dagger \in \mathcal{P}_n, S \in \mathcal{P}_n \}$$.

क्लिफर्ड समूह को तीन जनरेटर की आवश्यकता होती है, जिसे हैडमार्ड गेट के रूप में चुना जा सकता है $$H$$ और चरण रोटेशन $$S$$ सिंगल-क्विबिट गेट्स के लिए, और दूसरा दो-क्यूबिट गेट से $$CNOT$$ (नियंत्रित गेट नहीं) या $$CZ$$ (नियंत्रित चरण द्वार):
 * $$ H = \frac{1}{\sqrt 2} \begin{bmatrix} 1 & 1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix}, \quad S = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & i \end{bmatrix}, \quad CNOT = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{bmatrix} $$.

एक अवस्था पर विचार करें $$| G \rangle$$ जिसे स्टेबलाइजर्स के समूह द्वारा स्थिर किया जाता है $$S_i$$. अवयव के माध्यम से अभिनय $$U$$ क्लिफर्ड समूह से ऐसे अवस्था पर, निम्नलिखित समानताएँ हैं:
 * $$U|G\rangle = U S_i |G\rangle = U S_i U^\dagger U |G\rangle = S'_i U |G\rangle$$.

इसलिए $$U$$ संचालन मानचित्र $$|G\rangle$$ करने के लिए अवस्था $$U |G\rangle$$ और इसके $$S_i$$ स्टेबलाइजर्स को $$U S_i U^\dagger$$. इस प्रकार के संक्रिया के लिए अलग-अलग अभ्यावेदन हो सकते हैं $$K_i$$ स्टेबलाइजर समूह के जनरेटर।

गॉट्समैन-निल प्रमेय कहता है कि, क्लिफर्ड समूह से लॉजिक गेट्स का समूह दिया गया है, जिसके बाद $$Z$$ मापन, इस प्रकार की गणना को उत्कृष्ट कंप्यूटर पर मजबूत अर्थों में कुशलतापूर्वक अनुकरण किया जा सकता है, यानी गणना जो बहुपद-समय में संभाव्यता को विस्तृत करती है $$P(x)$$ किसी दिए गए आउटपुट के लिए $$x$$ सर्किट से।

टोपोलॉजिकल क्लस्टर स्टेट क्वांटम कंप्यूटर
आवधिक 3डी जाली क्लस्टर स्थिति पर माप-आधारित संगणना का उपयोग टोपोलॉजिकल क्वांटम त्रुटि सुधार को लागू करने के लिए किया जा सकता है। टोपोलॉजिकल क्लस्टर स्टेट कम्प्यूटेशन, कितेव के टोरिक कोड से निकटता से संबंधित है, क्योंकि 3 डी टोपोलॉजिकल क्लस्टर स्टेट का निर्माण किया जा सकता है और समय के साथ 2 डी एरे पर गेट्स के बार-बार अनुक्रम द्वारा मापा जा सकता है।

कार्यान्वयन
फोटोन के 2x2 क्लस्टर स्टेट पर 2 क्विट ग्रोवर के एल्गोरिथ्म को चलाकर एकतरफा क्वांटम संगणना का निष्पादन किया गया है। तरफ़ा संगणना पर आधारित रैखिक ऑप्टिकल क्वांटम कंप्यूटिंग प्रस्तावित की गई है। ऑप्टिकल जाली में क्लस्टर स्टेट्स भी बनाए गए हैं, परन्तु अभिकलन के लिए उपयोग नहीं किया गया था क्योंकि व्यक्तिगत रूप से मापने के लिए परमाणु क्युबिट साथ बहुत करीब थे।

एक संसाधन के रूप में AKLT स्थिति
यह दिखाया गया है कि (स्पिन (भौतिकी) $$ \tfrac{3}{2}$$) 2डी मधुकोश जाली पर AKLT स्थिति का उपयोग एमबीक्यूसी के लिए संसाधन के रूप में किया जा सकता है। हाल ही में यह दिखाया गया है कि स्पिन-मिश्रण AKLT स्थिति को संसाधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

यह भी देखें

 * क्वांटम गेट टेलीपोर्टेशन
 * निरंतर-परिवर्तनीय क्वांटम जानकारी
 * क्वांटम एल्गोरिथ्म
 * क्वांटम लॉजिक गेट
 * रैखिक ऑप्टिकल क्वांटम कंप्यूटिंग
 * क्वांटम प्रकाशिकी
 * क्वांटम त्रुटि सुधार
 * क्वांटम ट्यूरिंग मशीन
 * स्थिरोष्म क्वांटम संगणना

संदर्भ

 * General


 * Non-cluster resource states
 * Measurement-based quantum computation, quantum carry-lookahead adder