論文の概要: Quantum circuit synthesis with qudit phase gadget method

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.12710v1
• Date: Thu, 17 Apr 2025 07:26:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-18 14:35:33.462404
• Title: Quantum circuit synthesis with qudit phase gadget method
• Title（参考訳）: qudit位相ガジェット法による量子回路合成
• Authors: Shuai Yang, Lihao Xu, Guojing Tian, Xiaoming Sun,
• Abstract要約: 対角ユニタリ行列を合成するための新しいQudit位相ガジェット法を提案する。 この方法は、ノイズ中間スケール量子(NISQ)とフォールトトレラントの時代に適している。 10量子対角ユニタリの場合、このアルゴリズムは回路深さをおよそ100000から500に減らし、300個のアシラリーキュートリットを持つ。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.51731919903278
• License:
• Abstract: Current quantum devices have unutilized high-level quantum resources. More and more attention has been paid to the qudit quantum systems with larger than two dimensions to maximize the potential computing power of quantum computation. Then, a natural problem arises: How do we implement quantum algorithms on qudit quantum systems? In this work, we propose a novel qudit phase gadget method for synthesizing the qudit diagonal unitary matrices. This method is suitable for the Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) and fault-tolerant eras due to its versatility in different connectivity architectures and the optimality of its resource consumption. The method can work on any connectivity architecture with asymptotic optimal circuit depth and size. For a 10-qutrit diagonal unitary, our algorithm reduces the circuit depth form about 100000 to 500 with 300 ancillary qutrits. Further, this method can be promoted to different quantum circuit synthesis problems, such as quantum state preparation problems, general unitary synthesis problems, etc.
• Abstract（参考訳）: 現在の量子デバイスは、未使用の高レベルの量子資源を持っている。 量子計算の潜在的な計算能力を最大化するために、2次元以上のクディット量子系により多くの注意が払われている。 Qudit量子システム上で量子アルゴリズムをどのように実装すればよいのか? そこで本研究では,Qudit対角ユニタリ行列を合成するための新しいQudit位相ガジェット手法を提案する。 この方法は、異なる接続アーキテクチャの汎用性とリソース消費の最適性から、ノイズの中間量子(NISQ)と耐故障性に適している。 この手法は、漸近的な最適回路深さとサイズを持つ接続アーキテクチャでも動作する。 10量子対角ユニタリの場合、このアルゴリズムは回路深さをおよそ100000から500に減らし、300個のアシラリーキュートリットを持つ。 さらに、この方法は、量子状態生成問題、一般ユニタリ合成問題など、異なる量子回路合成問題に昇格することができる。

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