1荷兰莱顿大学
2荷兰代尔夫特理工大学
3网络化量子器件单元,冲绳科学技术研究生院,冲绳,日本
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抽象
量子态和量子运算的有效表示和模拟方法对于量子电路的优化至关重要。 决策图(DD)是一种经过充分研究的数据结构,最初用于表示布尔函数,已被证明能够捕获量子系统的相关方面,但它们的局限性尚不清楚。 在这项工作中,我们研究并弥合了现有的基于 DD 的结构和稳定器形式之间的差距,稳定器形式是在易处理状态下模拟量子电路的重要工具。 我们首先表明,尽管 DD 被认为可以简洁地表示重要的量子态,但它们实际上需要指数空间来表示某些稳定器态。 为了解决这个问题,我们引入了一种更强大的决策图变体,称为局部可逆映射-DD (LIMDD)。 我们证明由多尺寸 LIMDD 表示的量子态集严格包含稳定器状态和其他决策图变体的并集。 最后,存在 LIMDD 可以有效模拟的电路,但它们的输出状态不能用两种最先进的模拟范式简洁地表示:Clifford + $T$ 电路的稳定器分解技术和矩阵乘积状态。 通过结合两种成功的方法,LIMDD 为从根本上更强大的量子计算模拟和分析解决方案铺平了道路。
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