量子计算机编程：从入门到实践

84

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第

5

章

5.8

　反计算

尽管临时量子比特通常是必要的，但它们往往会与

QPU

寄存器纠缠在一起。更准确地说，

临时量子比特往往处于纠缠态。这就引出了两个相关的问题。第一个问题是，临时量子比

特很少恢复为全零状态。这是一个坏消息，因为我们需要重置临时量子比特，才能使它们

在

QPU

的后续运算中重复可用。

你可能会想：“这不是问题！我会在必要的时候执行读操作和非操作，就像我在前几章中

学到的那样。”但这会导致第二个问题。因为使用临时量子比特几乎总会导致它们与输出

寄存器中的量子比特纠缠在一起，如图

5-17

所示，所以对它们执行读操作会对输出状态造

成破坏性影响。第

3

章讲过，就处于纠缠态的量子比特而言，对其中任何一个执行操作都

会不可避免地影响其他量子比特。以图

5-17

中的场景为例，若想在

QPU

中再次使用临时

量子比特，必须将其重置为

|

0

⟩

，而这样做势必会破坏寄存器

a

中一半的量子态！

幸运的是，有一个技巧可以解决上述问题，那就是

反计算

（

uncomputing

）。反计算的思想

是反向执行导致临时量子比特处于纠缠态的运算，将其返回到初始的

|

0

⟩

态。在取绝对值

的示例中，这意味着反向执行涉及

a

和临时量子比特的所有

abs(a)

逻辑。太棒了！临时量

子比特恢复了

|

0

⟩

态。不幸的是，这样做会完全抹去为计算绝对值而做的所有艰苦工作。

如果会导致所做工作付诸东流，那么恢复临时量子比特的初始状态有何意义呢？受量子

比特的不可复制性约束，我们甚至不能在反计算之前将

a

中存储的值复制到另一个寄存器

中。然而，反计算并非弄巧成拙的原因是，