論文の概要: Efficient Deterministic Preparation of Quantum States Using Decision Diagrams

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.08588v2
• Date: Thu, 1 Sep 2022 08:43:59 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-09 02:08:31.420098
• Title: Efficient Deterministic Preparation of Quantum States Using Decision Diagrams
• Title（参考訳）: 決定図を用いた量子状態の効率的な決定論的生成
• Authors: Fereshte Mozafari, Giovanni De Micheli, Yuxiang Yang
• Abstract要約: 本稿では、効率的に(再現された)決定図で表現できる量子状態について考察する。 我々は、決定図の構造を利用して関連する量子状態を作成するアルゴリズムを設計する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.782945936674342
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Loading classical data into quantum registers is one of the most important primitives of quantum computing. While the complexity of preparing a generic quantum state is exponential in the number of qubits, in many practical tasks the state to prepare has a certain structure that allows for faster preparation. In this paper, we consider quantum states that can be efficiently represented by (reduced) decision diagrams, a versatile data structure for the representation and analysis of Boolean functions. We design an algorithm that utilises the structure of decision diagrams to prepare their associated quantum states. Our algorithm has a circuit complexity that is linear in the number of paths in the decision diagram. Numerical experiments show that our algorithm reduces the circuit complexity by up to 31.85% compared to the state-of-the-art algorithm, when preparing generic $n$-qubit states with different degrees of non-zero amplitudes. Additionally, for states with sparse decision diagrams, including the initial state of the quantum Byzantine agreement protocol, our algorithm reduces the number of CNOTs by 86.61% $\sim$ 99.9%.
• Abstract（参考訳）: 古典データを量子レジスタにロードすることは、量子コンピューティングにおいて最も重要なプリミティブの1つである。 一般的な量子状態を作成する複雑さは量子ビットの数で指数関数的であるが、多くの実用的なタスクでは、準備する状態はより高速な準備を可能にする一定の構造を持つ。 本稿では,ブール関数の表現と解析のための汎用データ構造である(縮小)決定ダイアグラムによって効率的に表現できる量子状態を考える。 我々は、決定図の構造を利用して関連する量子状態を作成するアルゴリズムを設計する。 我々のアルゴリズムは、決定図の経路数に線形な回路複雑性を持つ。 数値実験により,非ゼロ振幅の異なる一般のn$-qubit状態を生成する場合,本アルゴリズムは回路の複雑さを最先端アルゴリズムと比較して最大31.85%低減することを示した。 さらに、量子ビザンチン合意プロトコルの初期状態を含むスパース決定図を持つ状態の場合、我々のアルゴリズムはCNOTの数を86.61%$\sim$ 99.9%削減する。

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