論文の概要: Adaptive Clifford+T Decomposition of Large Toffoli Gates with One Clean Ancilla

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.18169v1
• Date: Mon, 18 May 2026 10:11:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-19 17:57:49.310071
• Title: Adaptive Clifford+T Decomposition of Large Toffoli Gates with One Clean Ancilla
• Title（参考訳）: 1つのクリーンアンシラを有する大型トフォリゲートの適応的クリフォード+T分解
• Authors: Abhoy Kole, Majd Assaad, Till Schnittka, Rolf Drechsler,
• Abstract要約: マルチコントロールトフォリゲートは量子計算の基本的な構成要素であり、量子算術、シミュレーション、探索アルゴリズムに応用されている。 近年の進歩は、補助量子ビット、相対位相トフォリゲート、動的回路技術を用いることで、このオーバーヘッドを大幅に削減できることを実証している。 動的回路に基づく非計算と測定条件付き補正を取り入れたClifford+T実装の明示的なリソース境界を導出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.214455026524814
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Multi-controlled Toffoli gates are fundamental building blocks in quantum computation, with applications in quantum arithmetic, simulation, and search algorithms. In fault-tolerant architectures, their realization is constrained by the high cost of non-Clifford resources, particularly in terms of T-count and T-depth. Recent advances have demonstrated that the use of ancillary qubits, relative-phase Toffoli gates, and dynamic circuit techniques can substantially reduce this overhead. In this work, we investigate the decomposition of large Toffoli gates using 3- and 4-input relative-phase Toffoli gates in the presence of a single clean ancilla and conditionally clean ancillas. We derive explicit resource bounds for Clifford+T implementations incorporating dynamic-circuit-based uncomputation and measurement-conditioned corrections. Our analysis emphasizes T-depth reduction under fixed CX and T-count overhead, ensuring relevance for near-term devices. We show that introducing 4-input relative-phase Toffoli gates enables significant T-depth reductions through enhanced parallelism while maintaining favorable ancilla requirements. We further validate our theoretical results through experimental evaluation and comparative analysis with existing approaches.
• Abstract（参考訳）: マルチコントロールトフォリゲートは量子計算の基本的な構成要素であり、量子算術、シミュレーション、探索アルゴリズムに応用されている。 フォールトトレラントアーキテクチャでは、その実現は非クリフォード資源の高コスト、特にTカウントとTディープスによって制約される。 近年の進歩は、補助量子ビット、相対位相トフォリゲート、動的回路技術を用いることで、このオーバーヘッドを大幅に削減できることを実証している。 本研究では, 単一クリーンアンシラと条件付きクリーンアンシラの存在下で, 3および4入力相対位相トフォリゲートを用いたトフォリゲートの分解について検討した。 動的回路に基づく非計算と測定条件付き補正を取り入れたClifford+T実装の明示的なリソース境界を導出する。 本分析では, 固定CXおよびTカウントのオーバーヘッド下でのT深度低減が強調され, 短期機器の信頼性が保証された。 そこで本研究では, 4入力の相対位相トフォリゲートの導入により, 良好なアンシラ条件を維持しつつ, 並列性の向上により, T深度を著しく低減できることを示す。 実験的な評価と既存手法との比較分析により, 理論的結果をさらに検証する。

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