量子计算是当今计算科技领域中一项前沿的技术，它不同于传统计算机的工作方式，运用量子力学的基本原理来进行信息处理。量子计算的基本单位是量子比特（qubit），与经典比特不同，量子比特可以同时处于0和1的叠加态。这种特性使得量子计算机在处理某些特定类型的问题时，比经典计算机有着指数级的加速能力。
在本文中，作者Giulio Chiribella、Giacomo Mauro D’Ariano、Paolo Perinotti和Benoit Valiron探讨了一种新型的量子计算模型，即没有确定因果结构的量子计算。在传统的量子计算模型中，量子比特按照一定的因果顺序通过量子门进行变换，而这些量子门则被组织成量子电路来实现计算。然而，在没有确定因果结构的量子计算中，作者展示量子理论允许存在无法通过预先定义好的因果顺序在电路中插入输入黑盒子的变换。
文章中提到的经典黑盒子切换是最简单的例子，它根据经典比特的值来条件性地安排两个输入黑盒子的不同顺序。而在量子版本中——量子开关——输出电路的连接顺序是由量子比特控制的，这个量子比特会与电路结构纠缠在一起。在固定因果结构的电路中模拟这些变换，要么需要进行后选择，要么需要对输入黑盒子进行额外的查询。
为了深入理解量子计算模型和没有确定因果结构的量子计算，需要掌握一些关键概念和原理。量子比特的叠加态和纠缠是量子计算的两个核心概念。叠加态允许量子比特同时表示多种状态，而纠缠则是一种特殊的量子相关性，使得两个或多个量子比特的状态无法独立于彼此描述。这两个量子现象为量子计算提供了巨大的并行计算能力和信息处理能力。
量子算法是量子计算的核心应用，如著名的Shor算法能在多项式时间内分解大整数，而Grover算法可以在无序数据库中实现平方级的搜索加速。这些量子算法通常都在量子电路模型上被表达和实现。
量子计算模型的成功部分来源于其直观的计算表示方法和一些最佳已知量子算法在量子电路语言中的表述。然而，量子态的处理并不是量子计算框架内可以构想的唯一终极物理计算模型。计算将输入转换成输出，但这些并不一定非要是量子态。例如，可以构想一种计算，其输入是作为黑盒提供的物理变换，输出同样是变换，通过适当的物理方法从输入黑盒中得到。
此外，文章中提到的PACS编号03.67.Ac和03.65.Ta分别代表量子信息理论和量子力学的基础问题。这表明了本文的研究内容不仅仅局限于量子计算，而且还涉及了量子信息科学的基础研究。
从更广泛的角度来看，这篇研究论文展现了量子信息科学中对于基本计算模型的探索和创新，为未来的量子计算技术开辟了新的可能性。特别是，没有确定因果结构的量子计算可能对于理解量子力学的深层次结构和开发新的量子算法具有重要意义。这些研究可能对量子通信、量子传感以及量子信息的其他应用领域产生深远的影响。
