[發明專利]具有回退的概率性量子電路的有效綜合

有效

• 申請號: 201580048928.X
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN107077641B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: A·博查羅夫;K·斯沃雷;M·羅特勒
• 申請（專利權）人: 微軟技術許可有限責任公司
• 主分類號: G06F30/327
• 分類號: G06F30/327;G06N10/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

具有回退的概率性量子電路(PQF)包括被選擇來實現目標幺正操作的一系列電路級。如通過一個或多個輔助量子比特的測量所指示的，最終級以所有前面級的不成功結果為條件。最終級執行回退電路，回退電路以相對高的成本(通過非常低的回退概率減輕)來強制進行對目標幺正操作的確定性執行。參考具體的Clifford+T、Clifford+V和Clifford+基公開了一般PQF綜合方法的具體實例。所得到的電路具有預期的成本，其中b對于每個基是特定的。綜合的三個具體實例具有多項式編譯時間保證。

技術領域

本公開涉及量子電路設計。

背景技術

隨著量子器件的快速成熟，高級量子算法到低級容錯電路的有效編譯是關鍵的。多個有用的容錯量子基集合從通過一個或多個幺正門補充克利福德(Clifford)門集合而出現，以使門集合通用。示例包括：Clifford+T基，由作為用于Clifford門的生成器的雙量子比特受控非門(CNOT)和單量子比特阿達馬門(H)與實現e^iπ/4的相對相位的T門一起組成；Clifford+π/12基，由所述CNOT和H門與實現e^iπ/12的相對相位的單量子比特幺正操作一起組成；以及Clifford+V基，由所述CNOT和H門與被限定在分圓整數Z[i]上的6個門一起組成。

用于將單量子比特門近似到通用門集合Clifford+T和Clifford+V中的有效算法是可用的，并且所獲得的在Clifford組之外的基本門的數目具有接近但略微大于信息理論下限的規模。這些算法在因特網http://arxiv.org/abs/1403.2975(2014)上公開的、N.Ross和P.Selinger的“Optimal ancilla-free Clifford+T approximation of z-rotations”中，以及在因特網http://arxiv.org/abs/1212.6964(2012)上公開的Kliuchnikov等人的“Practical approximation of single-qubit unitaries bysingle-qubit quantum Clifford and T circuits”中被描述，這兩篇文獻通過引用并入本文。Clifford和V電路分解在Bocharov等人的“Efficient Decomposition of Single-Qubit Gates into V Basis Circuits”(其可在因特網arXiv:1303.1411上獲得)中被描述，其通過引用并入本文。

對于Clifford+T門集合，已經提出了所謂的重復直到成功(RUS)電路，其可以進一步減少用于軸向和非軸向旋轉兩者的所需基本門的預期數目，以使預期數目變得甚至更接近信息理論下限。RUS電路允許具有有限預期成本(低于通過純粹的幺正電路設計實現的下限)的潛在無限的試驗和校正循環序列。然而，需要可以減少門的數目以及在預定數目的循環之后保證成功的備選方法。同時，需要可以應用于Clifford+T之外的更一般的門集合的備選方法，使得用于更一般的門集合的綜合易于以提高的效率處理。

發明內容

具有回退(PQF)的概率性量子電路包括一系列多量子比特級，多量子比特級被配置為具有基于與該系列中不成功的先前級的輸出相關聯的輸入，來產生目標旋轉的概率。每個級可以成功，也可以不成功。確定性回退量子電路被耦合到最終級，并且基于最終級的輸出產生目標旋轉。級在Clifford+T、Clifford+π/12或Clifford+V基中實現。