論文の概要: Time-optimal multi-qubit gates: Complexity, efficient heuristic and gate-time bounds

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.11160v2
• Date: Tue, 5 Mar 2024 08:17:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-07 03:10:26.751746
• Title: Time-optimal multi-qubit gates: Complexity, efficient heuristic and gate-time bounds
• Title（参考訳）: 時間最適多ビットゲート:複雑度、効率的ヒューリスティックおよびゲート時間境界
• Authors: Pascal Ba{\ss}ler, Markus Heinrich, Martin Kliesch
• Abstract要約: 固定されたマルチキュービットイジング型相互作用と単一キュービットXゲートは、グローバルZZゲートの合成に利用できる。 このような時間最適な量子ゲートの合成はNPハードであることが示される。 我々は任意の GZZ ゲートが n 個の量子ビットの時間 O(n) で実行可能であると推測する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2302001830524133
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Multi-qubit entangling interactions arise naturally in several quantum computing platforms and promise advantages over traditional two-qubit gates. In particular, a fixed multi-qubit Ising-type interaction together with single-qubit X-gates can be used to synthesize global ZZ-gates (GZZ gates). In this work, we first show that the synthesis of such quantum gates that are time-optimal is NP-hard. Second, we provide explicit constructions of special time-optimal multi-qubit gates. They have constant gate times and can be implemented with linearly many X-gate layers. Third, we develop a heuristic algorithm with polynomial runtime for synthesizing fast multi-qubit gates. Fourth, we derive lower and upper bounds on the optimal GZZ gate-time. Based on explicit constructions of GZZ gates and numerical studies, we conjecture that any GZZ gate can be executed in a time O(n) for n qubits. Our heuristic synthesis algorithm leads to GZZ gate-times with a similar scaling, which is optimal in this sense. We expect that our efficient synthesis of fast multi-qubit gates allows for faster and, hence, also more error-robust execution of quantum algorithms.
• Abstract（参考訳）: マルチキュービット・エンタングリング相互作用は、いくつかの量子コンピューティングプラットフォームで自然に発生し、従来の2キュービットゲートよりもアドバンテージを約束する。 特に、固定されたマルチキュービットIsing型相互作用と単一キュービットXゲートはグローバルZZゲート(GZZゲート)の合成に利用できる。 本研究では,時間的最適な量子ゲートの合成がNPハードであることを最初に示す。 第二に、特別な時間最適マルチキュービットゲートの明示的な構成を提供する。 これらは一定のゲートタイムを持ち、線形に多数のxゲート層で実装できる。 第3に,高速マルチキュービットゲート合成のための多項式ランタイムを用いたヒューリスティックアルゴリズムを開発した。 第4に、最適GZZゲート時間に基づいて下界と上界を導出する。 GZZゲートの明示的な構成と数値的研究に基づいて、任意のGZZゲートが n 量子ビットの時間 O(n) で実行可能であると推測する。 我々のヒューリスティック合成アルゴリズムは、gzzゲートタイムに類似のスケーリングをもたらし、この意味で最適である。 我々は、高速なマルチキュービットゲートの効率的な合成により、量子アルゴリズムのより高速かつ、よりエラーの少ない実行が可能になることを期待する。

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