無序性量子計算機與單序列量子計算機有什麼區別？

奧地利物理學家成功在實驗室將兩個邏輯門疊加構建出全新量子計算機模型，能比標準量子計算機更高效地完成量子計算任務。新研究有望為全新量子計算建立理論基礎，並設計出計算速度更快的量子計算機。研究發現，不僅量子態可以疊加，量子門也能疊加。維也納大學的瓦特成功實現兩個量子門A和B的疊加，這樣形成的無序性量子計算機比單序列量子計算機效率更高。

好問題啊。看到這個搜了才知道，這篇發表在nature communication的文章，Experimental superposition of orders of quantum gates : Nature Communications : Nature Publishing Group。 真是慚愧。

問題中提到的無序量子計算模型，其實就是一種線路量子計算模型（circuit quantum computation model），只不過增加一個control 2-switch gate（可以控制量子門的順序）。這個想法早在1990年就提出了(Phys. Rev. Lett. 64, 2965 (1990))。不得不說，這真是一個好想法。

正如我之前的回答中提到的那樣，量子計算比經典計算強大來自於coherence（相干性），而在以前的設計中只考慮到了量子態的superposition（疊加態），而進一步考慮到，如果量子門也可以有疊加態的話，這樣相干性將大大提高（相干性就來自於態和門了）。那麼很有可能量子計算將更加快速，強大（至少用更少的門去實現一個量子演算法）。

比如在這篇文章中提到的， 2-switch gate就可以通過一個量子態進行控制兩個量子門（U1和U2）的順序。那麼如果那個量子態是一個疊加態的話，那麼U1和U2的順序也是個疊加態。如文章的圖所示，

（copyright Experimental superposition of orders of quantum gates : Nature Communications : Nature Publishing Group）

a, b是一般的量子線路模型所示，要麼是先U1後U2，要麼就是先U2後U1。這篇文章就提出了一個實驗的構造，可以實現c的樣子，U1U2和U2U1進行疊加。d是circuit model的樣子。用qubit 1去控制U1和U2的順序。

而實驗上的實現也不難，還是引用論文中的圖

（copyright Experimental superposition of orders of quantum gates : Nature Communications : Nature Publishing Group）

在文章中，qubit 1是用光子的位置作為編碼的，而在qubit 2中使用光子的偏振作為編碼的。注意到，圖中畫圈圈的BS（beam splitter）就是一個給光子位置編碼的元器件，我用黑筆標出的path 1和用紅筆標出的path 2就是兩個不一樣的操作。path 1既是先U1後U2，而path 2為先U2後U1。後面一個BS就是一個Hadamard gate，使得path 1和path 2再一次相干起來。