时间最优多量子位门：复杂性、高效启发式和门时间界限

时间最优多量子位门：复杂性、高效启发式和门时间界限

时间戳记：13年2024月8日上午59:XNUMX
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帕斯卡尔·巴斯勒1, 马库斯海因里希1, 和马丁·克里施2

1德国杜塞尔多夫海因里希海涅大学理论物理研究所
2德国汉堡工业大学量子启发与量子优化研究所

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抽象

多量子位纠缠相互作用在多个量子计算平台中自然出现，并且比传统的两个量子位门具有优势。特别是，固定的多量子位 Ising 型相互作用与单量子位 X 门一起可以用来合成全局 ZZ 门（GZZ 门）。在这项工作中，我们首先证明这种时间最优的量子门的合成是 NP 困难的。其次，我们提供特殊时间最优多量子位门的显式构造。它们具有恒定的栅极时间，并且可以通过线性多个 X 栅极层来实现。第三，我们开发了一种具有多项式运行时间的启发式算法，用于合成快速多量子位门。第四，我们得出最佳 GZZ 选通时间的下限和上限。基于 GZZ 门的显式构造和数值研究，我们推测任何 GZZ 门都可以在 O($n$) 时间内执行 $n$ 量子位。我们的启发式综合算法导致 GZZ 门时间具有类似的缩放比例，从这个意义上来说这是最佳的。我们期望快速多量子位门的有效合成能够更快地执行量子算法，从而使量子算法的错误鲁棒性更强。

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