시간 최적의 다중 큐비트 게이트: 복잡성, 효율적인 휴리스틱 및 게이트 시간 경계

시간 최적의 다중 큐비트 게이트: 복잡성, 효율적인 휴리스틱 및 게이트 시간 경계

시간 최적의 다중 큐비트 게이트: 복잡성, 효율적인 휴리스틱 및 게이트 시간 경계 PlatoBlockchain Data Intelligence. 수직 검색. 일체 포함.

파스칼 바슬러1, 마르쿠스 하인리히1, 마틴 클리쉬2

1독일 뒤셀도르프 하인리히 하이네 대학교 이론 물리학 연구소
2독일 함부르크 공과대학교 양자 영감 및 양자 최적화 연구소

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추상

다중 큐비트 얽힘 상호 작용은 여러 양자 컴퓨팅 플랫폼에서 자연스럽게 발생하며 기존 2큐비트 게이트에 비해 이점을 약속합니다. 특히 단일 큐비트 X 게이트와 함께 고정된 다중 큐비트 Ising 유형 상호 작용을 사용하여 글로벌 ZZ 게이트(GZZ 게이트)를 합성할 수 있습니다. 이 연구에서 우리는 시간 최적인 양자 게이트의 합성이 NP-hard라는 것을 먼저 보여줍니다. 둘째, 특별한 시간 최적 다중 큐비트 게이트의 명시적인 구성을 제공합니다. 이는 일정한 게이트 시간을 가지며 선형적으로 많은 X-게이트 레이어로 구현될 수 있습니다. 셋째, 빠른 다중 큐비트 게이트를 합성하기 위해 다항식 런타임을 사용하는 경험적 알고리즘을 개발합니다. 넷째, 최적의 GZZ 게이트 시간에 대한 하한과 상한을 도출합니다. GZZ 게이트의 명시적인 구성과 수치 연구를 기반으로 우리는 모든 GZZ 게이트가 $n$ 큐비트에 대해 O($n$) 시간에 실행될 수 있다고 추측합니다. 우리의 경험적 합성 알고리즘은 유사한 스케일링을 갖는 GZZ 게이트 시간으로 이어지며 이는 이러한 의미에서 최적입니다. 우리는 빠른 다중 큐비트 게이트의 효율적인 합성을 통해 양자 알고리즘을 더 빠르고 오류에 강건하게 실행할 수 있을 것으로 기대합니다.

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