論文の概要: Logarithmic Depth Decomposition of Approximate Multi-Controlled Single-Qubit Gates Without Ancilla Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.00400v1
• Date: Tue, 01 Jul 2025 03:30:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-03 14:22:59.252203
• Title: Logarithmic Depth Decomposition of Approximate Multi-Controlled Single-Qubit Gates Without Ancilla Qubits
• Title（参考訳）: アンシラビットを含まない近似多成分単一量子ゲートの対数深さ分解
• Authors: Jefferson D. S. Silva, Adenilton J. da Silva,
• Abstract要約: 単一アンシラ量子ビットを用いた対数深度を持つマルチコントロールNOTゲートの分解特性を改良した。 また,回路深さの定数係数を従来よりも小さくする。 NISQとフォールトトレラント量子アーキテクチャの両方に特に適している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9576327614980397
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The synthesis of quantum operators involves decomposing general quantum gates into the gate set supported by a given quantum device. Multi-controlled gates are essential components in this process. In this work, we present improved decompositions of multi-controlled NOT gates with logarithmic depth using a single ancilla qubit, while also reducing the constant factors in the circuit depth compared to previous work. We optimize a previously proposed decomposition of multi-target, multi-controlled special unitary SU(2) gates by identifying the presence of a conditionally clean qubit. Additionally, we introduce the best-known decomposition of multi-controlled approximate unitary U(2) gates without using ancilla qubits. This approach significantly reduces the overall circuit depth and CNOT count while preserving an adjustable error parameter, yielding a more efficient and scalable solution for synthesizing large controlled-unitary gates. Our method is particularly suitable for both NISQ and fault-tolerant quantum architectures. All software developed in this project is freely available.
• Abstract（参考訳）: 量子作用素の合成は、与えられた量子デバイスによって支持されるゲートセットに一般的な量子ゲートを分解することを含む。 このプロセスでは、マルチコントロールゲートが必須のコンポーネントである。 本研究では,単一アンシラ量子ビットを用いた多重制御NOTゲートの分解特性を改良し,回路深さの定数を従来よりも低減した。 我々は、条件付きクリーンキュービットの存在を識別することにより、従来提案されていたマルチターゲット、マルチコントロールされた特殊統一SU(2)ゲートの分解を最適化する。 さらに, アンシラ量子ビットを使わずに, マルチ制御された近似ユニタリU(2)ゲートの最もよく知られた分解を導入する。 このアプローチは、調整可能な誤差パラメータを保ちながら、回路の深さとCNOT数を著しく減らし、大きな制御単位ゲートを合成するより効率的でスケーラブルな解が得られる。 NISQとフォールトトレラント量子アーキテクチャの両方に特に適している。 このプロジェクトで開発されたソフトウェアはすべて無料で利用可能である。

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