論文の概要: Qrisp Implementation and Resource Analysis of a T-Count-Optimised Non-Restoring Quantum Square-Root Circuit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.12603v1
- Date: Wed, 16 Jul 2025 19:45:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-18 20:10:24.261243
- Title: Qrisp Implementation and Resource Analysis of a T-Count-Optimised Non-Restoring Quantum Square-Root Circuit
- Title（参考訳）: T-Count-Optimized Non-Restoring Quantum-Root Circuit のQrisp実装と資源分析
- Authors: Heorhi Kupryianau, Marcin Niemiec,
- Abstract要約: 本稿では,Qrisp量子プログラミングフレームワークを用いたTカウント最適化量子平方根アルゴリズムの完全実装について述べる。
本実装では,nビット入力に対するT数14n-14,T深度5n+3を確認することにより,理論的資源推定を検証した。
この研究は、資源最適化量子演算アルゴリズムの実用的な実現可能性を示し、現代の量子プログラミングフレームワークで異なる演算処理を実装する基盤を確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3529736140137004
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Efficient quantum arithmetic operations are essential building blocks for complex quantum algorithms, yet few theoretical designs have been implemented in practical quantum programming frameworks. This paper presents the first complete implementation of the T-count optimized non-restoring quantum square root algorithm using the Qrisp quantum programming framework. The algorithm, originally proposed by Thapliyal et al., offers better resource efficiency compared to alternative methods, achieving reduced T-count and qubit requirements while avoiding garbage output. Our implementation validates the theoretical resource estimates, confirming a T-count of 14n-14 and T-depth of 5n+3 for n-bit inputs. The modular design approach enabled by Qrisp allows construction from reusable components including reversible adders, subtractors, and conditional logic blocks built from fundamental quantum gates. The three-stage algorithm - comprising initial subtraction, iterative conditional addition/subtraction, and remainder restoration is successfully translated from algorithmic description to executable quantum code. Experimental validation across multiple test cases confirms correctness, with the circuit producing accurate integer square roots and remainders. This work demonstrates the practical realizability of resource-optimized quantum arithmetic algorithms and establishes a foundation for implementing different arithmetic operations in modern quantum programming frameworks.
- Abstract（参考訳）: 量子演算の効率的な演算は、複雑な量子アルゴリズムに必須な構成要素であるが、実用的な量子プログラミングフレームワークで実装されている理論設計はほとんどない。
本稿では,Qrisp量子プログラミングフレームワークを用いたTカウント最適化量子平方根アルゴリズムの完全実装について述べる。
Thapliyalらによって提案されたこのアルゴリズムは、ガベージアウトプットを回避しつつ、Tカウントとキュービットの要求を減らし、代替手法よりも優れたリソース効率を提供する。
本実装では,nビット入力に対するT数14n-14,T深度5n+3を確認することにより,理論的資源推定を検証した。
Qrispによって実現されたモジュラー設計アプローチにより、基本量子ゲートから構築された可逆的な加算器、減算器、条件付き論理ブロックを含む再利用可能なコンポーネントの構築が可能になる。
初期サブトラクション、反復条件追加/サブトラクション、残余復元を含む3段階のアルゴリズムは、アルゴリズム記述から実行可能な量子コードへの変換に成功している。
複数のテストケースで実験的に検証した結果、回路は正確な整数平方根と残基を生成する。
この研究は、資源最適化量子演算アルゴリズムの実用的な実現可能性を示し、現代の量子プログラミングフレームワークで異なる演算処理を実装する基盤を確立する。
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