論文の概要: Shallow unitary decompositions of quantum Fredkin and Toffoli gates for
connectivity-aware equivalent circuit averaging
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.18128v3
- Date: Tue, 27 Feb 2024 18:55:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-28 23:00:41.413254
- Title: Shallow unitary decompositions of quantum Fredkin and Toffoli gates for
connectivity-aware equivalent circuit averaging
- Title（参考訳）: 接続性を考慮した等価回路平均化のための量子フレドキンとトフォリゲートの浅一元分解
- Authors: Pedro M. Q. Cruz, Bruno Murta
- Abstract要約: 制御されたSWAPと制御されたNOTゲートは、可逆的な古典計算の提案の中心である。
トーフォリゲートとフレドキンゲートに論理的に等価な回路を複数用意する。
また, 短期量子コンピュータ上でのコヒーレントな誤差を緩和する上で, 得られた分解の顕著な効果を示す。
- 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: The controlled-SWAP and controlled-controlled-NOT gates are at the heart of
the original proposal of reversible classical computation by Fredkin and
Toffoli. Their widespread use in quantum computation, both in the
implementation of classical logic subroutines of quantum algorithms and in
quantum schemes with no direct classical counterparts, has made it imperative
early on to pursue their efficient decomposition in terms of the lower-level
gate sets native to different physical platforms. Here, we add to this body of
literature by providing several logically equivalent circuits for the Toffoli
and Fredkin gates under all-to-all and linear qubit connectivity, the latter
with two different routings for control and target qubits. Besides achieving
the lowest CNOT counts in the literature for all these configurations, we also
demonstrate the remarkable effectiveness of the obtained decompositions at
mitigating coherent errors on near-term quantum computers via equivalent
circuit averaging. We first quantify the performance of the method in silico
with a coherent-noise model before validating it experimentally on a
superconducting quantum processor. In addition, we consider the case where the
three qubits on which the Toffoli or Fredkin gates act nontrivially are not
adjacent, proposing a novel scheme to reorder them that saves one CNOT for
every SWAP. This scheme also finds use in the shallow implementation of
long-range CNOTs. Our results highlight the importance of considering different
entangling gate structures and connectivity constraints when designing
efficient quantum circuits.
- Abstract（参考訳）: 制御SWAPと制御制御NOTゲートは、FredkinとToffoliによる可逆的古典計算の提案の中心である。
量子計算において広く使われているのは、量子アルゴリズムの古典論理サブルーチンの実装と、直接古典的手法を持たない量子スキームの両方であり、異なる物理プラットフォームに固有の下層ゲートセットの観点でそれらの効率的な分解を追求することが、早くから必須である。
ここでは、全てのおよび線形量子ビット接続の下で、トフォリゲートとフレドキンゲートに対して論理的に等価な回路を提供し、後者は制御とターゲット量子ビットのための2つの異なるルーティングを持つ。
これら全ての構成の文献における最低cnot数を達成するとともに、等価回路平均化による近距離量子コンピュータにおけるコヒーレントエラーの軽減における、得られた分解の有効性を実証する。
まず,コヒーレントノイズモデルを用いてシリコの手法の性能を定量化し,超伝導量子プロセッサで実験的に検証する。
さらに、トフォリゲートやフレドキンゲートが非自明に作用する3つのキュービットが隣接していない場合について考察し、SWAP毎に1つのCNOTを節約する新しいスキームを提案する。
このスキームは、長距離CNOTの浅い実装にも使われる。
本結果は,効率的な量子回路の設計において,異なる絡み合うゲート構造と接続制約を考えることの重要性を強調した。
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