27、量子力学、计算与密码学中的量子内存研究

量子力学、计算与密码学中的量子内存研究

1 引言

在量子计算领域，一个关键问题是是否存在足够多的可允许的输入态 $\psi_{in}$，以通过散射实现量子计算所需的操作，即当前通过散射询问和控制量子内存内容的方式是否自洽。为了回答这个问题，需要具体的例子来进行分析。

2 量子内存的潜在模型

2.1 模型构建思路

在势散射的背景下寻找量子内存的模型。由于内存至少有两个线性无关的量子态，所以考虑耦合通道散射。为构建最简单的模型，选择通道数为 2，空间维度为 1。

2.2 相关方程

• 波函数 $\psi(x)$ 有两个分量：
  $\psi(x) =
  \begin{pmatrix}
  \psi_1(x) \
  \psi_2(x)
  \end{pmatrix}$
• 势 $V(x)$ 是一个 2×2 的厄米矩阵：
  $V(x) =
  \begin{pmatrix}
  V_{11}(x) & V_{12}(x) \
  V_{21}(x) & V_{22}(x)
  \end{pmatrix}$
• 时间无关情况下的耦合薛定谔方程：
  $\begin{cases}
  -\frac{d^2\psi_1(x)}{dx^2} + V_{11}(x)\psi_1(x) + V_{12}(x)\psi_2(x) = k^2\psi_1(x) \
  -\frac{d^2\psi_2(x)}{dx^2} + V_{21}(x)\psi_1(x) + V_{22}(x)