Porte multi-qubit ottimali in termini di tempo: complessità, euristica efficiente e limiti di gate-time

Porte multi-qubit ottimali in termini di tempo: complessità, euristica efficiente e limiti di gate-time

Timestamp: 13 marzo 2024 8:59
Porte multi-qubit ottimizzate in termini di tempo: complessità, euristica efficiente e limiti di gate-time PlatoBlockchain Data Intelligence. Ricerca verticale. Ai.

Pascal Baßler1, Markus Heinrich1, e Martin Kliesch2

1Istituto di Fisica Teorica, Università Heinrich Heine di Düsseldorf, Germania
2Istituto per l'ispirazione quantistica e l'ottimizzazione quantistica, Università della Tecnologia di Amburgo, Germania

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Astratto

Le interazioni di entanglement multi-qubit si verificano naturalmente in diverse piattaforme di calcolo quantistico e promettono vantaggi rispetto alle tradizionali porte a due qubit. In particolare, un'interazione fissa di tipo Ising multi-qubit insieme a porte X a qubit singolo può essere utilizzata per sintetizzare porte ZZ globali (porte GZZ). In questo lavoro, mostriamo innanzitutto che la sintesi di tali porte quantistiche che sono ottimali in termini di tempo è NP-difficile. In secondo luogo, forniamo costruzioni esplicite di speciali porte multi-qubit ottimizzate in termini di tempo. Hanno tempi di gate costanti e possono essere implementati con molti strati X-gate in modo lineare. In terzo luogo, sviluppiamo un algoritmo euristico con runtime polinomiale per sintetizzare porte multi-qubit veloci. In quarto luogo, si ricavano i limiti inferiore e superiore del gate-time GZZ ottimale. Basandosi su costruzioni esplicite di porte GZZ e studi numerici, congetturiamo che qualsiasi porta GZZ possa essere eseguita in un tempo O($n$) per $n$ qubit. Il nostro algoritmo di sintesi euristica porta a tempi di gate GZZ con un ridimensionamento simile, che è ottimale in questo senso. Ci aspettiamo che la nostra sintesi efficiente di porte multi-qubit veloci consenta un’esecuzione più rapida e, quindi, anche più resistente agli errori degli algoritmi quantistici.

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