[发明专利]一种基于级联GHZ态编码的逻辑量子比特量子门构造方法

说明书

本发明公开了一种基于级联GHZ态编码的逻辑量子比特量子门构造方法，包括步骤：将基于级联GHZ态编码的编码逻辑量子比特作为输入，所述每个编码逻辑量子比特是由N个级联GHZ态表示的逻辑量子比特相乘构成，其中所述每个GHZ态表示的逻辑量子比特由m个物理量子比特构成；构建由比特翻转门及相位翻转门、控制非门构成的量子比特门，及分别对输入的编码逻辑量子比特分别进行比特翻转、相位翻转、控制非操作；在输出端得到完成各种操作的编码逻辑量子比特。本发明可以实现级联GHZ态编码的编码逻辑量子比特的相关操作，采用了基本的逻辑门实现，对于某些出错模型本身具有抗干扰能力，可以在一定程度上抵消光子丢失的负面影响。

技术领域

本发明涉及一种基于级联格林伯格-霍恩-塞林格态(GHZ态)编码的逻辑量子比特量子门构造方法，属于量子计算的技术领域。

背景技术

1982年，诺贝尔奖获得者费曼提出了“量子计算机”的概念。1994年，Shor提出了大数质因子分解的Shor算法。1996年，Grove提出了基于无序数据库搜索的Grove算法。2001年，Long提出了改进的Grover算法，即龙算法。这些算法显示量子计算机的计算速度远胜传统的计算机。在2001年，Knill，Laflamme和Milbum提出了一种编码方案并成功的在线性光学条件下完成了逻辑计算。但是，要完成一台量子计算机，其中要有通用的逻辑门以及很好的抗噪声性能，即容错性。直接基于物理量子比特构造的量子计算机显然没有很好的抗噪声能力。

最近，Ewert和Loock提出了一种新型的逻辑编码方案，即基于级联GHZ态的逻辑编码。他们详细分析了这种方案对于光子丢失引起的错误的强大的容错能力。但是，对于这种逻辑编码的量子计算逻辑单元，即通用的量子逻辑门，并没有相应的构造方案。且现有的逻辑门对于某些错误本身不具备抵抗能力，无法良好的抵消光子丢失的负面影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于级联GHZ态编码的逻辑量子比特量子门构造方法，解决现有方法中对于逻辑编码的量子计算逻辑单元无法构造具体量子门，且通用的逻辑门对于某些错误不具备抵抗能力的问题，采用了三种基本的量子门即比特翻转门、相位翻转门和控制非门。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于级联GHZ态编码的逻辑量子比特量子门构造方法，包括以下步骤：

将基于级联GHZ态编码的编码逻辑量子比特作为输入，所述每个编码逻辑量子比特是由N个级联GHZ态表示的逻辑量子比特相乘构成，其中所述每个GHZ态表示的逻辑量子比特由m个物理量子比特构成，且所述m和N均为1以上的自然数；

分别构建比特翻转门及相位翻转门、控制非门作为量子门，及利用所构建量子门对输入的编码逻辑量子比特分别进行比特翻转、相位翻转、控制非门操作；

在输出端得到完成各比特操作的编码逻辑量子比特。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述输入的每个编码逻辑量子比特具体为：

其中，是级联GHZ态，m是物理量子比特的个数，N是由级联GHZ态构成的逻辑量子比特的个数，和分别是由级联GHZ表示的逻辑量子比特为单元构成的编码逻辑量子比特。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述比特翻转操作是对构成编码逻辑量子比特中的N个级联GHZ态表示的逻辑量子比特的最后一个中的所有m个物理量子比特做比特翻转。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述相位翻转操作是对编码逻辑量子比特中的N个级联GHZ态表示的逻辑量子比特中每一个所包含的m个物理量子比特中的第一位物理量子比特做相位翻转。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述控制非门操作包括：