Optimal two-qubit circuits for universal fault-tolerant quantum computation
Notice bibliographique
Résumé
Abstract We study two-qubit circuits over the Clifford+CS gate set, which consists of the Clifford gates together with the controlled-phase gate CS = diag(1, 1, 1, i ). The Clifford+CS gate set is universal for quantum computation and its elements can be implemented fault-tolerantly in most error-correcting schemes through magic state distillation. Since non-Clifford gates are typically more expensive to perform in a fault-tolerant manner, it is often desirable to construct circuits that use few CS gates. In the present paper, we introduce an efficient and optimal synthesis algorithm for two-qubit Clifford+CS operators. Our algorithm inputs a Clifford+CS operator U and outputs a Clifford+CS circuit for U , which uses the least possible number of CS gates. Because the algorithm is deterministic, the circuit it associates to a Clifford+CS operator can be viewed as a normal form for that operator. We give an explicit description of these normal forms and use this description to derive a worst-case lower bound of $$5{{\rm{log}}}_{2}(\frac{1}{\epsilon })+O(1)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>log</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>ϵ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mfrac> </mml:mrow> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mi>O</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> on the number of CS gates required to ϵ -approximate elements of SU(4). Our work leverages a wide variety of mathematical tools that may find further applications in the study of fault-tolerant quantum circuits.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».