量子克隆

量子克隆是一个过程，它采取一个任意的、未知的量子状态，并在不以任何方式改变原始状态的情况下做出一个精确的拷贝。

量子克隆是被量子力学定律所禁止的，正如无克隆定理所显示的那样，该定理指出不存在克隆任何任意状态的操作完美。

在狄拉克符号中，量子克隆的过程被描述为：。虽然完美的量子克隆是不可能的，但有可能进行不完美的克隆，即副本具有非单位（即非完美）的保真度。

近似量子计算的可能性首先由Buzek和Hillery解决，并对克隆的量子态的保真度导出了理论界限。量子克隆的应用之一是分析量子密钥分配协议的安全性。

遥感、核磁共振、量子放大和超强相位共轭是用来实现量子克隆机的一些方法的例子。离子诱捕技术已被应用于克隆离子的量子态。

在封闭的时间状曲线存在的情况下，有可能将一个量子态克隆到任意的精度。

通用量子克隆（UQC）意味着输出（克隆的状态）的质量不依赖于输入，因此这个过程对任何输入状态都是通用的。产生的输出状态是由系统的哈密顿（Hamilton）所支配的。

最早的克隆机之一，1到2的UQC机器，是由Buzek和Hillery在1996年提出的。

顾名思义，该机器能产生一个输入量子比特的两个相同的副本，当只比较一个输出量子比特时，保真度为5/6，而比较两个量子比特时，全局保真度为2/3。

这个想法被扩展到了更普遍的情况，如任意数量的输入和副本，以及d维系统。已经进行了多个实验，通过使用光子刺激发射，在物理上实现这种类型的克隆机。

这个概念依赖于某些三层原子的特性，即以同样可能的概率发射任何偏振的光子。这种对称性确保了机器的普遍性。

当输入状态被限制为对应于布洛赫球体赤道上各点的布洛赫向量时，就会知道更多关于它们的信息。因此，所产生的克隆是依赖于状态的，其最佳保真度为.尽管保真度仅略高于UQCM（≈0.83），但相位协变克隆的额外好处是可以通过由旋转算子组成的量子逻辑门轻松实现。和受控NOT（CNOT）。

根据Peres-Horodecki准则，输出状态也是可分离的。该过程已被推广到1→M的情况，并被证明是最佳的。这也被扩展到qutrit和qudit的情况。

第 一个实验性的不对称量子克隆机在2004年利用核磁共振实现了。

第 一个非对称量子克隆机系列是由NicholasCerf在1998年提出的。

如果一个克隆操作具有不同的质量，并且都与输入状态无关，那么这个克隆操作就被称为不对称的。

这是上面讨论的对称克隆操作的一个更一般的情况，它产生具有相同保真度的相同的克隆体。

以一个简单的1→2不对称克隆机为例。在克隆过程中存在一个自然的权衡，即如果一个克隆体的保真度被固定在一个较高的数值上，另一个克隆体的质量必须下降，反之亦然。

最佳权衡由以下不等式约束。其中Fd和Fe是两个副本的状态无关的保真度。这种类型的克隆程序在数学上被证明是最佳的，这是从Choi-Jamiolkowski通道状态二元性中得出的。然而，即使使用这种克隆机，完美的量子克隆也被证明是无法实现的。

在量子电路中，已经研究了所产生的副本之间的最佳精度的权衡，以及关于理论界限的问题。