論文の概要: No Scratch Quantum Computing by Reducing Qubit Overhead for Efficient Arithmetics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.17135v1
• Date: Fri, 20 Jun 2025 16:37:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-23 19:00:05.54579
• Title: No Scratch Quantum Computing by Reducing Qubit Overhead for Efficient Arithmetics
• Title（参考訳）: 効率的な算術演算のためのビットオーバヘッド削減によるスクラッチな量子コンピューティング
• Authors: Omid Faizy, Norbert Wehn, Paul Lukowicz, Maximilian Kiefer-Emmanouilidis,
• Abstract要約: 量子ハミルトニアン・コンピューティング(QHC)は、単一の回転量子ゲート内の論理演算の入力を符号化することで、新しいアプローチを導入する。 本稿では,標準的なToffoli + CNOTレイアウトを圧縮する可逆半加算回路と完全加算回路を提案する。 真理表を評価するのに必要な最小のキュービットとゲートのリソースを見つける上で、QHCの最良の応用を見いだす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.577387309216833
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum arithmetic computation requires a substantial number of scratch qubits to stay reversible. These operations necessitate qubit and gate resources equivalent to those needed for the larger of the input or output registers due to state encoding. Quantum Hamiltonian Computing (QHC) introduces a novel approach by encoding input for logic operations within a single rotating quantum gate. This innovation reduces the required qubit register $ N $ to the size of the output states $ O $, where $ N = \log_2 O $. Leveraging QHC principles, we present reversible half-adder and full-adder circuits that compress the standard Toffoli + CNOT layout [Vedral et al., PRA, 54, 11, (1996)] from three-qubit and four-qubit formats for the Quantum half-adder circuit and five sequential Fredkin gates using five qubits [Moutinho et al., PRX Energy 2, 033002 (2023)] for full-adder circuit; into a two-qubit, 4$\times $4 Hilbert space. This scheme, presented here, is optimized for classical logic evaluated on quantum hardware, which due to unitary evolution can bypass classical CMOS energy limitations to certain degree. Although we avoid superposition of input and output states in this manuscript, this remains feasible in principle. We see the best application for QHC in finding the minimal qubit and gate resources needed to evaluate any truth table, advancing FPGA capabilities using integrated quantum circuits or photonics.
• Abstract（参考訳）: 量子算術計算は、可逆性を維持するためにかなりの数のスクラッチ量子ビットを必要とする。 これらの操作は、状態エンコーディングのため、入力または出力レジスタのより大きなものに必要なキュービットとゲートリソースを必要とする。 量子ハミルトニアン・コンピューティング(QHC)は、単一の回転量子ゲート内の論理演算の入力を符号化することで、新しいアプローチを導入する。 この革新は必要キュービットレジスタ$N$を出力状態のサイズに減らし、$O $, where $ N = \log_2 O $とする。 QHCの原理を応用して、量子半加法回路と5つのキュービット(Moutinho et al , PRX Energy 2, 033002 (2023))を用いて、量子半加法回路の3キュービットおよび4キュービット形式から標準トフォリ+CNOTレイアウト(Vedral et al , PRA, 54, 11, (1996))]を圧縮する可逆半加法回路と完全加法回路を5キュービット(Moutinho et al , PRX Energy 2, 033002 (2023)))で提案する。 このスキームは量子ハードウェア上で評価された古典論理に最適化されており、ユニタリ進化により古典的なCMOSエネルギー制限をある程度回避することができる。 この写本の入力・出力状態の重ね合わせは避けるが、原則として実現可能である。 真理表を評価するのに必要な最小の量子ビットおよびゲートリソースを見つけ出し、集積量子回路やフォトニクスを用いてFPGA能力を向上する上で、QHCの最良の応用が期待できる。

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