量子程序的结构与诠释 I:基础

量子比特是构建量子计算机的绝佳方式,但用于编程则存在局限。该研究团队摒弃传统的“态与门”形式体系,提出“命题与算子”模型: (a)以可观测量的C*-代数作为语法基础; (b)将态视为线性泛函以提供语义解释; (c)通过创新性的图演算体系实现二者统一。 第一部分构建了该框架的基础对象——编码算子关联的一致性模式,通过GNS构造恢复希尔伯特空间,并重新推导出布洛赫球面作为泡利代数中所有算子一致性关联的集合。随后转向干预操作,阐释测量如何改变量子态,证明Knill-Laflamme条件的算子代数版本,并运用同一套图演算工具表达稳定子码。这为量子纠错提供了简洁且与表示无关的数学描述。最终形成自洽的理论基础:C*-代数及其对偶希尔伯特空间为量子编程提供了普适性数学基底,后续研究将基于此开发高级语言与“量子软件”应用。

量科快讯