本期“量子信息”專欄評述

本期『量子信息』專欄主持人 吳熱冰

評“從黑盒子到因果律：尋找量子物理的信息原理”魏朝暉

量子力學在現代物理學的宏偉大廈中處于核心地位，但是如何更深入地理解量子力學在一百多年來一直是學術界的重大課題，人們在這方面的追求從未停止。為了徹底理解一個物理理論，人們不僅需要了解其精確的數學形式，更要建立清晰的物理圖像和物理直覺，也就是人們需要揭示這些數學背后基本的物理原理。做到這一點的鮮明體現就是能夠從一系列最基本的物理原理出發，通過數學推理準確地重構該物理理論，使之與其他理論完全區分開來。如何針對量子力學做到這一點，是學術界長期以來的重大課題，涌現了一系列有影響力的學術工作。這些工作通過從量子力學提煉出不同的物理或者信息學原理，為人們理解量子力學提供了多角度的洞見，如信息因果原理、宏觀定域原理和定域正交原理都是其中的代表。該文就是對幾十年來學術界在此領域研究成果的一個全面、深刻而難得的總結。

值得強調的是，近年量子計算的崛起為討論此課題提供了更多的素材和全新的視角。如人們已經認識到如果量子力學的結構發生微小調整，量子計算復雜性的許多分支將產生重大變化。這種聯系為人們理解量子力學的本質提供了新的思路?？梢哉f，這篇論文介紹的學術成果不但有助于人們理解量子力學這一深刻的物理領域，也對我們研究和理解量子計算巨大威力的根本來源提供新的思想。

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評“精確Grover 量子搜索算法概述”王曉霆

Grover 搜索算法與Shor 因數分解算法是量子計算理論中最為重要的兩個算法。同Shor 算法相比，Grover 算法雖然只是具備了平方加速(在特殊的問題假設下也可實現多項式加速)，但它是許多其他量子算法的基礎，且有著更加廣泛的應用，如對所有NP 問題的求解加速。此外，Grover 搜索算法的查詢復雜度下界可被嚴格證明，因而在量子計算復雜度理論中具有重要地位。然而，標準的Grover 量子算法在處理搜索問題時通常不能完全保證得到目標項，而很多應用則需要算法的結果是確定而非概率的。為此，精確的Grover 量子搜索算法應運而生，其可以精確地求解搜索問題且保持平方加速。

該文對精確Grover 量子搜索算法進行了回顧，系統地梳理了目前已有的3 種精確量子算法：大步小步、共軛旋轉和三維旋轉，對它們的工作原理及相應的查詢復雜度進行了總結。此外，還討論了在目標元素占比未知和已知兩種情況下，精確量子搜索算法的查詢下界。該綜述對未來Grover 算法及相關研究提供了有益的參考。