論文の概要: Decomposition of Multi-controlled Special Unitary Single-Qubit Gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.06377v1
• Date: Mon, 13 Feb 2023 14:08:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-14 15:20:42.773263
• Title: Decomposition of Multi-controlled Special Unitary Single-Qubit Gates
• Title（参考訳）: 多制御単ビットゲートの分解
• Authors: Rafaella Vale and Thiago Melo D. Azevedo and Ismael C. S. Ara\'ujo and Israel F. Araujo and Adenilton J. da Silva
• Abstract要約: マルチコントロールユニタリゲートは、その誕生以来、量子コンピューティングへの関心の対象となっている。 n-qubitマルチコントロールゲートの実装に対する現在の最先端のアプローチは、シングルキュービットゲートとCNOTゲートの2乗数を使うことである。 20nに比例する多数のCNOTゲートを持つ回路を必要とするn-qubit多重制御SU(2)ゲートを新たに分解する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.412197703754359
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Multi-controlled unitary gates have been a subject of interest in quantum computing since its inception, and are widely used in quantum algorithms. The current state-of-the-art approach to implementing n-qubit multi-controlled gates involves the use of a quadratic number of single-qubit and CNOT gates. However, linear solutions are possible for the case where the controlled gate is a special unitary SU(2). The most widely-used decomposition of an n-qubit multi-controlled SU(2) gate requires a circuit with a number of CNOT gates proportional to 28n. In this work, we present a new decomposition of n-qubit multi-controlled SU(2) gates that requires a circuit with a number of CNOT gates proportional to 20n, and proportional to 16n if the SU(2) gate has at least one real-valued diagonal. This new approach significantly improves the existing algorithm by reducing the number of CNOT gates and the overall circuit depth. As an application, we show the use of this decomposition for sparse quantum state preparation. Our results are further validated by demonstrating a proof of principle on a quantum device accessed through quantum cloud services.
• Abstract（参考訳）: マルチコントロールユニタリゲートは、その誕生以来、量子コンピューティングへの関心の対象であり、量子アルゴリズムで広く使われている。 n量子ビットのマルチコントロールゲートを実装する現在の最先端のアプローチは、シングル量子ビットとcnotゲートの2次数の使用である。 しかし、制御ゲートが特殊ユニタリSU(2)である場合には線形解が可能である。 nビットの多重制御SU(2)ゲートの最も広く使われている分解には、CNOTゲートが28nに比例した回路が必要である。 本研究では,複数のcnotゲートが20nに比例し,su(2)ゲートが少なくとも1つの実値対角形を持つ場合,16nに比例する回路を必要とするn量子ビット多制御su(2)ゲートの新たな分解を提案する。 この新しいアプローチは、CNOTゲートの数と回路深さを減らし、既存のアルゴリズムを大幅に改善する。 応用として、この分解をスパース量子状態の準備に利用することを示す。 この結果は,量子クラウドサービスを通じてアクセスされる量子デバイス上での原理の証明によってさらに検証される。

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