論文の概要: Constructing quantum circuits with global gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.09061v2
- Date: Fri, 5 Mar 2021 11:32:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-20 11:13:43.897794
- Title: Constructing quantum circuits with global gates
- Title（参考訳）: グローバルゲートを用いた量子回路の構築
- Authors: John van de Wetering
- Abstract要約: 量子コンピューティングに関する文献で特に人気のあるゲートは、任意の1量子ビットゲートと2量子ビットのCNOTゲートからなる。
しかし、CNOTゲートは、特定の物理量子コンピュータ上で実装できる自然なマルチキュービット相互作用であるとは限らない。
これにより、効率的な回路を構築するための全く異なるアプローチが要求される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: There are various gate sets that can be used to describe a quantum
computation. A particularly popular gate set in the literature on quantum
computing consists of arbitrary single-qubit gates and 2-qubit CNOT gates. A
CNOT gate is however not always the natural multi-qubit interaction that can be
implemented on a given physical quantum computer, necessitating a compilation
step that transforms these CNOT gates to the native gate set. A particularly
interesting case where compilation is necessary is for ion trap quantum
computers, where the natural entangling operation can act on more than 2 qubits
and can even act globally on all qubits at once. This calls for an entirely
different approach to constructing efficient circuits. In this paper we study
the problem of converting a given circuit that uses 2-qubit gates to one that
uses global gates. Our three main contributions are as follows. First, we find
an efficient algorithm for transforming an arbitrary circuit consisting of
Clifford gates and arbitrary phase gates into a circuit consisting of
single-qubit gates and a number of global interactions proportional to the
number of non-Clifford phases present in the original circuit. Second, we find
a general strategy to transform a global gate that targets all qubits into one
that targets only a subset of the qubits. This approach scales linearly with
the number of qubits that are not targeted, in contrast to the exponential
scaling reported in (Maslov & Nam, N. J. Phys. 2018). Third, we improve on the
number of global gates required to synthesise an arbitrary n-qubit Clifford
circuit from the 12n-18 reported in (Maslov & Nam, N. J. Phys. 2018) to 6n-8.
- Abstract（参考訳）: 量子計算を記述するために使用できる様々なゲート集合が存在する。
量子コンピューティングに関する文献で特に人気のあるゲートは、任意の1量子ビットゲートと2量子ビットのCNOTゲートからなる。
しかし、CNOTゲートは、特定の物理量子コンピュータで実装できる自然なマルチキュービット相互作用であり、これらのCNOTゲートをネイティブゲートセットに変換するコンパイルステップを必要とする。
コンパイルが必要な特に興味深いケースは、イオントラップ量子コンピュータで、自然絡み込み操作は2量子ビット以上動作し、一度に全ての量子ビット上でグローバルに動作することも可能である。
これは、効率的な回路を構築するための全く異なるアプローチを要求する。
本稿では,2量子ゲートを用いた回路をグローバルゲートを用いた回路に変換する問題について検討する。
主な貢献は以下の3つである。
まず、クリフォードゲートと任意の位相ゲートからなる任意の回路を1量子ビットゲートと、元の回路に存在する非クリフォード位相の数に比例する多数の大域的相互作用からなる回路に変換する効率的なアルゴリズムを求める。
第二に、全てのキュービットをターゲットとするグローバルゲートを、キュービットのサブセットのみをターゲットとするゲートに変換する一般的な戦略を見つける。
このアプローチは、(Maslov & Nam, N. J. Phys. 2018) 報告されている指数的スケーリングとは対照的に、対象でない量子ビットの数と線形にスケールする。
第3に、12n-18の報告(Maslov & Nam, N. J. Phys. 2018)から6n-8までの任意のnビットクリフォード回路の合成に必要なグローバルゲートの数を改善する。
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