論文の概要: Numerical analysis of quantum circuits for state preparation and unitary operator synthesis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.13524v2
• Date: Tue, 23 Aug 2022 14:37:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-15 06:30:39.958166
• Title: Numerical analysis of quantum circuits for state preparation and unitary operator synthesis
• Title（参考訳）: 状態準備とユニタリ演算子合成のための量子回路の数値解析
• Authors: Sahel Ashhab, Naoki Yamamoto, Fumiki Yoshihara, Kouichi Semba
• Abstract要約: 数量子ビット系に対する量子状態準備およびユニタリ演算子合成に必要な2量子CNOTゲートの最小数を決定する。 最低限のゲート数であっても、すべて望ましい結果をもたらす構成が多数存在することが分かりました。 任意のターゲット状態やユニタリ作用素の一般ケースを扱うことに加えて、多ビットトフォリゲートを合成する特別なケースに数値的アプローチを適用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8367938108534343
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We perform optimal-control-theory calculations to determine the minimum number of two-qubit CNOT gates needed to perform quantum state preparation and unitary operator synthesis for few-qubit systems. By considering all possible gate configurations, we determine the maximum achievable fidelity as a function of quantum circuit size. This information allows us to identify the minimum circuit size needed for a specific target operation and enumerate the different gate configurations that allow a perfect implementation of the operation. We find that there are a large number of configurations that all produce the desired result, even at the minimum number of gates. We also show that the number of entangling gates can be reduced if we use multi-qubit entangling gates instead of two-qubit CNOT gates, as one might expect based on parameter counting calculations. In addition to treating the general case of arbitrary target states or unitary operators, we apply the numerical approach to the special case of synthesizing the multi-qubit Toffoli gate. This approach can be used to investigate any other specific few-qubit task and provides insight into the tightness of different bounds in the literature.
• Abstract（参考訳）: 数量子ビット系に対する量子状態準備およびユニタリ演算子合成に必要な2量子ビットCNOTゲートの最小数を決定するために最適制御理論計算を行う。 可能なゲート構成をすべて考慮し、最大到達可能忠実度を量子回路サイズの関数として決定する。 この情報により、特定のターゲット操作に必要な最小回路サイズを特定し、操作の完全な実装を可能にする異なるゲート構成を列挙することができる。 最低限のゲート数であっても、すべて望ましい結果をもたらす構成が多数存在することが分かりました。 また,2キュービットのCNOTゲートではなく複数キュービットのCNOTゲートを使用する場合,パラメータカウント計算に基づいて,絡み合うゲートの数を減らすことができることを示す。 任意のターゲット状態やユニタリ作用素の一般ケースを扱うことに加えて、多ビットトフォリゲートを合成する特別なケースに数値的アプローチを適用する。 このアプローチは、他の特定の数量子タスクの調査に使用することができ、文献における異なる境界の厳密性についての洞察を与えることができる。

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