量子细胞自动机

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    量子细胞自动机

    量子细胞自动机(QCA)是一个抽象模型量子计算,类似于设计为的常规型号元胞自动机通过引入约翰冯·诺依曼。同样的名字也可以指量子点细胞自动机,它是通过利用量子力学现象而提出的“经典”细胞自动机的物理实现。由于其极小的特征尺寸(在分子甚至原子尺度上)和超低的功耗、QCA引起了广泛的关注,使其成为替代CMOS技术的候选者。

    量子细胞自动机

    术语

    在计算模型或物理系统模型的上下文中,量子细胞自动机是指以下元素的合并:

    (1)传统计算机科学中的细胞自动机研究和

    (2)量子信息处理研究。

    特别地,以下是量子细胞自动机模型的特征:

    • 该计算被认为是通过多个计算设备或单元的并行操作来实现的。通常将这些单元视为相同的有限维量子系统(例如,每个单元都是qubit)。
    • 每个单元都有其他单元的邻域。这些共同构成了一个单元网络,通常将其视为规则的(例如,将单元安排为具有或不具有周期性边界条件的晶格)。
    • 所有细胞的进化都有许多类似于物理学的对称性。局部性是一个:一个单元的下一个状态仅取决于其当前状态及其邻居。同质性是另一种:进化在所有地方都表现相同,并且与时间无关。
    • 单元的状​​态空间以及对其执行的操作应受量子力学原理的激励。

    其通常被认为是重要的量子元胞自动机的一个模型的另一个特点是,它应该是通用的用于量子计算(即,它可以有效地模拟量子图灵机,某些任意量子电路或简单地所有其他量子细胞自动机。

    最近提出的模型施加了进一步的条件,例如,量子细胞自动机应该是可逆的和/或局部单一的,并且具有根据用于更新单个细胞的规则容易确定的全局转移函数。最近的结果表明,这些特性可以根据全球演变的对称性从公理上推导。


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