論文の概要: Efficient Quantum Circuit Construction of Controlled Time-Evolution for Arbitrary Pauli-Sum Hamiltonians

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.06070v1
• Date: Thu, 04 Jun 2026 12:10:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-05 22:39:44.773678
• Title: Efficient Quantum Circuit Construction of Controlled Time-Evolution for Arbitrary Pauli-Sum Hamiltonians
• Title（参考訳）: 任意パウリ・サムハミルトニアンのための制御時間進化の効率的な量子回路構築
• Authors: Shintaro Fujiwara, Naoki Yamamoto, Naoki Ishikawa,
• Abstract要約: 制御された時間進化回路は、アンシラ量子ビットの状態に応じて前方または後方のハミルトン時間進化を選択する。 直接実現は、時間進化回路の基本ゲートにアンシラ制御を追加する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2412154463267284
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Controlled time-evolution circuits select forward or backward Hamiltonian time evolution according to the state of an ancilla qubit. They are fundamental building blocks in quantum eigenvalue transformation of unitaries, Hamiltonian filtering, and related quantum algorithms. A direct realization adds ancilla control to the elementary gates of the time-evolution circuit and therefore increases the two-qubit gate count, compiled T depth and CX depth. We develop an efficient recursive algorithm that, for an arbitrary Pauli-sum Hamiltonian, partitions the input Pauli terms into groups and assigns to each group a sign-flip Pauli string that anti-commutes with the in-group terms, thereby removing ancilla control from the grouped time-evolution blocks. Numerical benchmarks on random Hamiltonians and structured spin Hamiltonians show reductions in compiled T depth and compiled CX depth. For a Kagome Hamiltonian with 24 spins under full connectivity, the proposed construction reduces the compiled T depth by 85.2% and the compiled CX depth by 68.9%, compared with a conventional implementation that decomposes the Hamiltonian into individual Pauli terms and implements the controlled time evolution of each term by directly adding the ancilla qubit to the corresponding Pauli-rotation circuit.
• Abstract（参考訳）: 制御された時間進化回路は、アンシラ量子ビットの状態に応じて、前方または後方のハミルトン時間進化を選択する。 これらは、ユニタリの量子固有値変換、ハミルトンフィルタリング、および関連する量子アルゴリズムの基本的な構成要素である。 直接実現は、時間進化回路の基本ゲートにアンシラ制御を追加し、2ビットゲートカウント、コンパイルされたT深さ、CX深さを増加させる。 任意のパウリサムハミルトニアンに対して、入力されたパウリ項をグループに分割し、各グループに符号フリップのパウリ文字列を割り当て、グループ化された時間進化ブロックからアンシラ制御を除去する効率的な再帰アルゴリズムを開発する。 ランダムハミルトニアンと構造化スピンハミルトニアンに関する数値ベンチマークは、コンパイルされたT深さとコンパイルされたCX深さの減少を示す。 完全な接続の下で24本のスピンを持つカゴメ・ハミルトニアンに対して、提案された構成は、コンパイルされたT深さを85.2%、コンパイルされたCX深さを68.9%削減する。

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