量子细胞自动机

量子细胞自动机（QCA）是一个抽象模型量子计算，类似于设计为的常规型号元胞自动机通过引入约翰冯·诺依曼。同样的名字也可以指量子点细胞自动机，它是通过利用量子力学现象而提出的“经典”细胞自动机的物理实现。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、QCA引起了广泛的关注，使其成为替代CMOS技术的候选者。

在计算模型或物理系统模型的上下文中，量子细胞自动机是指以下元素的合并：

（1）传统计算机科学中的细胞自动机研究和

（2）量子信息处理研究。

特别地，以下是量子细胞自动机模型的特征：

• 该计算被认为是通过多个计算设备或单元的并行操作来实现的。通常将这些单元视为相同的有限维量子系统（例如，每个单元都是qubit）。
• 每个单元都有其他单元的邻域。这些共同构成了一个单元网络，通常将其视为规则的（例如，将单元安排为具有或不具有周期性边界条件的晶格）。
• 所有细胞的进化都有许多类似于物理学的对称性。局部性是一个：一个单元的下一个状态仅取决于其当前状态及其邻居。同质性是另一种：进化在所有地方都表现相同，并且与时间无关。
• 单元的状​​态空间以及对其执行的操作应受量子力学原理的激励。

其通常被认为是重要的量子元胞自动机的一个模型的另一个特点是，它应该是通用的用于量子计算（即，它可以有效地模拟量子图灵机，某些任意量子电路或简单地所有其他量子细胞自动机。

最近提出的模型施加了进一步的条件，例如，量子细胞自动机应该是可逆的和/或局部单一的，并且具有根据用于更新单个细胞的规则容易确定的全局转移函数。最近的结果表明，这些特性可以根据全球演变的对称性从公理上推导。