論文の概要: Efficient Preparation of Resource States for Hamiltonian Simulation and Universal Quantum Computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05404v1
- Date: Fri, 05 Sep 2025 18:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.499335
- Title: Efficient Preparation of Resource States for Hamiltonian Simulation and Universal Quantum Computation
- Title（参考訳）: ハミルトニアンシミュレーションとユニバーサル量子計算のための資源状態の効率的な作成
- Authors: Thierry N. Kaldenbach, Isaac D. Smith, Hendrik Poulsen Nautrup, Matthias Heller, Hans J. Briegel,
- Abstract要約: アルゴリズム調整グラフ状態に関する過去の研究を、一般化されたパウリ回転の周期列に拡張する。
また、ハミルトニアンを生成するための最小の普遍的集合から普遍的資源状態を得るための2つのアプローチも展開する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3541849852479175
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The direct compilation of algorithm-specific graph states in measurement-based quantum computation (MBQC) can lead to resource reductions in terms of circuit depth, entangling gates, and even the number of physical qubits. In this work, we extend previous studies on algorithm-tailored graph states to periodic sequences of generalized Pauli rotations, which commonly appear in, e.g., Trotterized Hamiltonian simulation. We first implement an enhanced simulated-annealing-based algorithm to find optimal periodic graph states within local-Clifford (LC-)MBQC. In addition, we derive a novel scheme for the preparation of resource states based on a graph state and a ladder of CNOT gates, which we term anticommutation-based (AC-)MBQC, since it uncovers a direct relationship between the graph state and the anticommutation matrix for the set of Hamilonians generating the computation. We also deploy our two approaches to derive universal resource states from minimal universal sets of generating Hamiltonians, thus providing a straightforward algorithm for finding the former. Finally, we demonstrate and compare both of our methods based on various examples from condensed matter physics and universal quantum computation.
- Abstract（参考訳）: 測定ベースの量子計算(MBQC)におけるアルゴリズム固有のグラフ状態の直接コンパイルは、回路深さ、エンタングゲート、さらには物理量子ビットの数の観点から資源の削減につながる可能性がある。
本研究では,アルゴリズムを調整したグラフ状態に関する過去の研究を,一般化されたパウリ回転の周期列に拡張する。
我々はまず,局所クリフォード(LC-)MBQC内で最適な周期グラフ状態を求めるために,拡張されたシミュレーションアニーリングに基づくアルゴリズムを実装した。
さらに、グラフ状態とCNOTゲートのラグに基づいて資源状態を作成するための新しいスキームを導出する。これは、計算を生成するハミロニアンの集合に対するグラフ状態と反交換行列の直接的な関係を明らかにするため、反交換ベース(AC-)MBQCと呼ぶ。
我々はまた、ハミルトニアンを生成する最小の普遍的集合から普遍的資源状態を得るための2つのアプローチを展開し、前者を見つけるための簡単なアルゴリズムを提供する。
最後に、凝縮物質物理学と普遍量子計算の様々な例に基づいて、これらの手法を実証し比較する。
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