量子蜂窝自动机

量子蜂窝自动机（QCA）是一种抽象的量子计算模型，它是根据约翰-冯-诺伊曼介绍的传统的蜂窝自动机模型而设计的。

这个名字也可以指量子点蜂窝自动机，它是利用量子力学现象对经典蜂窝自动机提出的一种物理实现。

QCA由于其极小的特征尺寸（在分子甚至原子尺度上）和超低的功耗而吸引了大量的关注，使其成为取代CMOS技术的候选者之一。

在计算或物理系统的模型方面，量子蜂窝自动机是指(1)传统计算机科学中的蜂窝自动机研究和(2)量子信息处理研究两者的元素的合并。

特别是，以下是量子蜂窝自动机模型的特点。计算被认为是由多个计算设备或单元的平行操作而产生的。

单元通常被认为是相同的、有限维的量子系统（例如，每个单元是一个量子比特）。每个单元有一个其他单元的邻域。所有这些单元的演化都有一些类似物理学的对称性。局部性是一个：一个细胞的下一个状态只取决于它的当前状态和它的邻居的状态。

单元的状态空间和对它们进行的操作应该由量子力学的原理来驱动。另一个经常被认为对量子蜂窝自动机模型很重要的特征是它应该是通用的量子计算（即它可以有效地模拟量子图灵机，一些任意的量子电路或简单的所有其他量子蜂窝自动机）。

最近提出的模型提出了进一步的条件，例如，量子蜂窝自动机应该是可逆的和/或局部单一的，并有一个容易确定的全局过渡函数，从更新单个单元的规则。

最近的结果表明，这些特性可以从全局演化的对称性中公理地导出。

早期建议1982年，理查德-费曼（RichardFeynman）提出了一个量化细胞自动机模型的初步方法。

1985年，大卫-多伊奇提出了该主题的正式发展。后来，格哈德-格罗辛(GerhardGrössing)和安东-泽林格(AntonZeilinger)引入了量子蜂窝自动机这个术语来指代他们在1988年定义的模型，尽管他们的模型与多伊奇发展的概念几乎没有共同之处，因此没有作为计算的模型得到显著发展。

第 一个被深入研究的量子蜂窝自动机的正式模型是由约翰-沃特鲁斯(JohnWatrous)引入的。

这个模型被维姆-范-达姆(WimvanDam)以及克里斯托夫-迪尔(ChristophDürr)、黄乐天(HuongLêThanh)和米克洛斯-桑塔(MiklosSantha)、约瑟夫-格鲁斯卡(JozefGruska)、巴勃罗-阿里吉(PabloArrighi)进一步发展。

然而，后来人们意识到这个定义过于宽松，因为它的一些实例允许超光速信号。

第二波模型包括SusanneRichter和ReinhardWerner、BenjaminSchumacher和ReinhardWerner、CarlosPérez-Delgado和DonnyCheung、以及PabloArrighi、VincentNesme和ReinhardWerner。

这些都是密切相关的，不存在任何这样的地域性问题。

最后可以说，他们都同意把量子蜂窝自动机描绘成一些大的量子电路，在时间和空间上无限地重复。

最近关于这个主题的评论可以在这里找到。

量子蜂窝自动机的模型已经由大卫-迈耶，布鲁斯-博格森和华盛顿-泰勒，以及彼得-洛夫和布鲁斯-博格森提出，作为模拟量子晶格气体的手段，动机是使用经典蜂窝自动机来模拟经典物理现象，如气体弥散。

AsifShakeel和PeterLove给出了确定量子蜂窝自动机（QCA）何时可以被描述为量子格子气体自动机（QLGA）的标准。

DougTougaw和CraigLent以量子蜂窝自动机的名义提出了通过用量子点设计的系统实现经典蜂窝自动机的建议，作为使用CMOS技术的经典计算的替代。

为了更好地区分这一建议和执行量子计算的蜂窝自动机模型，许多从事这一主题的作者现在将其称为量子点蜂窝自动机。