論文の概要: Minimum Toffoli depth for the multi-controlled Toffoli gate via teleportation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.25861v1
• Date: Tue, 28 Apr 2026 16:58:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-29 16:49:17.966688
• Title: Minimum Toffoli depth for the multi-controlled Toffoli gate via teleportation
• Title（参考訳）: テレポーテーションによる多制御トフォリゲートのトフォリ深さ最小化
• Authors: Spyros Tserkis, Muhammad Umer, Eleftherios Mastorakis, Dimitris G. Angelakis,
• Abstract要約: 本稿では,制御数に依存しないToffoli深度単位の任意のMCTゲートを実装したテレポーテーションに基づく分解手法を提案する。 これは、アンシラ量子ビットの線形オーバーヘッドと、遠方の量子ビットにまたがった絡み合ったペアを分散する能力によって達成される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.125587952284545
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The decomposition of complex quantum operations into experimentally feasible gate sets has been a central challenge since the early development of quantum computing. The multi-controlled Toffoli (MCT) gate is a key example, with applications across a wide range of quantum algorithms, whose decomposition into smaller gates, however, typically leads to deep circuits. In this work, we introduce a teleportation-based decomposition that implements an arbitrary MCT gate with unit Toffoli depth, independent of the number of controls, while maintaining a relatively low Toffoli count compared to existing approaches. This is achieved at the cost of a linear overhead in ancilla qubits and the ability to distribute entangled pairs across distant qubits, a capability already available in several quantum computing platforms. We further demonstrate the advantages of this implementation in circuits that rely on MCT gates, such as the adder operator, quantum read-only memory, quantum neurons, and quantum decision trees.
• Abstract（参考訳）: 複雑な量子演算を実験的に実現可能なゲート集合に分解することは、量子コンピューティングの初期から中心的な課題となっている。 マルチコントロールトフォリ(MCT)ゲートは、より小さなゲートに分解する幅広い量子アルゴリズムの応用において重要な例である。 本研究では,従来の手法に比べて比較的低いトッホリ数を維持しつつ,制御数に依存しない単位トッホリ深さを持つ任意のMCTゲートを実装したテレポーテーションに基づく分解手法を提案する。 これは、アンシラ量子ビットの線形オーバーヘッドと、いくつかの量子コンピューティングプラットフォームで既に利用可能な、遠方量子ビットにまたがった絡み合ったペアを分散する能力によって実現されている。 さらに、加算器演算子、量子読み取り専用メモリ、量子ニューロン、量子決定木など、MCTゲートに依存する回路において、この実装の利点を実証する。

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