論文の概要: Stab-QRAM: An All-Clifford Quantum Random Access Memory for Special Data

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.26494v1
• Date: Tue, 30 Sep 2025 16:36:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-01 14:45:00.207138
• Title: Stab-QRAM: An All-Clifford Quantum Random Access Memory for Special Data
• Title（参考訳）: Stab-QRAM:特殊データのための全クリフォード量子ランダムアクセスメモリ
• Authors: Guangyi Li, Yu Gan, Zeguan Wu, Xueyue Zhang, Zheshen Zhang, Junyu Liu,
• Abstract要約: データに適したドメイン固有のアーキテクチャであるStabilizer-QRAM(Stab-QRAM)を紹介する。 我々は,Stab-QRAMが$O(log N)$の最適論理回路深さを$N$のデータ項目に対して達成し,その$O(log N)$空間複雑性と一致することを示す。 この設計はクリフォード以外のボトルネックを完全に回避し、高価なマジックステート蒸留の必要性を排除した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.722458605511436
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum random access memories (QRAMs) are pivotal for data-intensive quantum algorithms, but existing general-purpose and domain-specific architectures are hampered by a critical bottleneck: a heavy reliance on non-Clifford gates (e.g., T-gates), which are prohibitively expensive to implement fault-tolerantly. To address this challenge, we introduce the Stabilizer-QRAM (Stab-QRAM), a domain-specific architecture tailored for data with an affine Boolean structure ($f(\mathbf{x}) = A\mathbf{x} + \mathbf{b}$ over $\mathbb{F}_2$), a class of functions vital for optimization, time-series analysis, and quantum linear systems algorithms. We demonstrate that the gate interactions required to implement the matrix $A$ form a bipartite graph. By applying K\"{o}nig's edge-coloring theorem to this graph, we prove that Stab-QRAM achieves an optimal logical circuit depth of $O(\log N)$ for $N$ data items, matching its $O(\log N)$ space complexity. Critically, the Stab-QRAM is constructed exclusively from Clifford gates (CNOT and X), resulting in a zero $T$-count. This design completely circumvents the non-Clifford bottleneck, eliminating the need for costly magic state distillation and making it exceptionally suited for early fault-tolerant quantum computing platforms. We highlight Stab-QRAM's utility as a resource-efficient oracle for applications in discrete dynamical systems, and as a core component in Quantum Linear Systems Algorithms, providing a practical pathway for executing data-intensive tasks on emerging quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: 量子ランダムアクセスメモリ(QRAM)は、データ集約型量子アルゴリズムにおいて重要であるが、既存の汎用およびドメイン固有のアーキテクチャは、重大なボトルネックによって妨げられている。 この課題に対処するために、我々は、アフィン・ブール構造を持つデータに適したドメイン固有アーキテクチャであるStab-QRAM(Stab-QRAM)を導入し、最適化、時系列解析、量子線形系アルゴリズムに不可欠な関数のクラスであるA\mathbf{x} + \mathbf{b}$($\mathbb{F}_2$)を紹介した。 行列$A$を実装するために必要なゲート相互作用が二部グラフを形成することを実証する。 K\"{o}nig's edge-coloring theorem をこのグラフに適用することにより、Stab-QRAM が最適な論理回路深さを$O(\log N)$ for $N$データ項目で達成し、その$O(\log N)$空間複雑性と一致することを証明できる。 重要な点として、Stab-QRAMはクリフォードゲート(CNOTとX)からのみ構成され、結果として$T$カウントがゼロとなる。 この設計は、非クリフォードのボトルネックを完全に回避し、高価なマジック状態蒸留の必要性を排除し、初期のフォールトトレラントな量子コンピューティングプラットフォームに非常に適している。 我々は,Stab-QRAMを,離散力学系における応用のための資源効率の高いオラクルとして,および量子線形システムアルゴリズムのコアコンポーネントとして取り上げ,新興量子ハードウェア上でデータ集約的なタスクを実行するための実践的な経路を提供する。

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