論文の概要: Synthesis of and compilation with time-optimal multi-qubit gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.06387v2
• Date: Fri, 14 Apr 2023 09:42:51 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-17 17:14:03.974071
• Title: Synthesis of and compilation with time-optimal multi-qubit gates
• Title（参考訳）: 時間最適化マルチ量子ビットゲートの合成とコンパイル
• Authors: Pascal Ba{\ss}ler, Matthias Zipper, Christopher Cedzich, Markus Heinrich, Patrick H. Huber, Michael Johanning, Martin Kliesch
• Abstract要約: 我々は、Ising型とオール・ツー・オール接続を固定した量子コンピューティングプラットフォーム向けに、複数の量子ビットゲートを絡み合わせるクラスを開発する。 我々は,全マルチキュービットゲートの時間スケールが,キュービット数でほぼ線形であることを数値的に示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.46180371154032884
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We develop a method to synthesize a class of entangling multi-qubit gates for a quantum computing platform with fixed Ising-type interaction with all-to-all connectivity. The only requirement on the flexibility of the interaction is that it can be switched on and off for individual qubits. Our method yields a time-optimal implementation of the multi-qubit gates. We numerically demonstrate that the total multi-qubit gate time scales approximately linear in the number of qubits. Using this gate synthesis as a subroutine, we provide compilation strategies for important use cases: (i) we show that any Clifford circuit on $n$ qubits can be implemented using at most $2n$ multi-qubit gates without requiring ancilla qubits, (ii) we decompose the quantum Fourier transform in a similar fashion, (iii) we compile a simulation of molecular dynamics, and (iv) we propose a method for the compilation of diagonal unitaries with time-optimal multi-qubit gates, as a step towards general unitaries. As motivation, we provide a detailed discussion on a microwave controlled ion trap architecture with magnetic gradient induced coupling (MAGIC) for the generation of the Ising-type interactions.
• Abstract（参考訳）: 我々は、Ising型とオールツーオール接続を固定した量子コンピューティングプラットフォームに対して、マルチキュービットゲートを絡み合わせるクラスを合成する方法を開発した。 相互作用の柔軟性に関する唯一の要件は、個々の量子ビットに対してスイッチオンおよびオフが可能であることである。 提案手法は,マルチキュービットゲートの時間最適実装を実現する。 本研究では,全マルチキュービットゲートタイムが量子ビット数でほぼ線形であることを数値的に示す。 このゲート合成をサブルーチンとして、重要なユースケースに対するコンパイル戦略を提供する。 (i) acilla qubits を必要とせずに少なくとも 2n$ のマルチキュービットゲートを用いて任意の Clifford 回路を実装可能であることを示す。 (ii)同様の方法で量子フーリエ変換を分解する。 (iii)分子動力学のシミュレーションをコンパイルし、 (iv)一般ユニタリに向けてのステップとして,時間最適化マルチキュービットゲートを用いた対角ユニタリのコンパイル法を提案する。 モチベーションとして、Ising型相互作用生成のための磁気勾配誘導結合(MAGIC)を用いたマイクロ波制御イオントラップアーキテクチャについて、詳細な議論を行う。

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