[發明專利]具有減少的T門計數的量子電路

在審

• 申請號: 201780094725.3
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN111373421A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: C.吉德尼
• 申請（專利權）人: 谷歌有限責任公司
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 金玉潔

用于產生具有低的T門計數的量子電路的方法、系統和裝置。在一個方面，一種用于在兩個控制量子位上執行臨時邏輯與運算的方法包括以下動作：獲取處于A態的輔助量子位；計算兩個控制量子位的邏輯與，并將計算的邏輯與存儲在輔助量子位的態中，包括用兩個控制量子位的邏輯與替換輔助量子位的A態；保持存儲兩個控制的邏輯與的輔助量子位直到第一條件被滿足；以及當第一條件被滿足時，擦除輔助量子位。

背景技術

量子電路是用于量子計算的模型，在其中計算是一系列的量子邏輯門-對n-量子位(n-qubit)寄存器的可逆變換。

發明內容

本說明書的主題涉及用于生產量子電路的技術，例如諸如具有低的T門計數(count)的量子電路。

一般來說，本說明書中描述的主題的一個創新方面可以以一種用于在兩個控制量子位和目標量子位上執行臨時Toffoli(托菲利)量子邏輯門的方法來實施，該方法包括：獲取處于A態的輔助量子位；計算兩個控制量子位的邏輯與(logical-AND)并將計算的邏輯與存儲在輔助量子位的態中，包括用兩個控制量子位的邏輯與替換輔助量子位的A態；在(i)存儲兩個控制量子位的邏輯與的輔助量子位和(ii)目標量子位之間應用CNOT量子邏輯門，輔助量子位充當CNOT量子邏輯門的控制量子位；提供存儲兩個控制量子位的邏輯與的輔助量子位作為一個或多個附加運算的資源；反計算(uncomputing)兩個控制量子位的邏輯與，包括通過用A態替換存儲兩個控制量子位的計算的邏輯與的輔助量子位的態來恢復輔助量子位的A態；以及提供處于恢復的A態的輔助量子位作為一個或多個附加運算的資源。

前述和其他實施方式可以各自可選地單獨或組合地包括以下特征中的一個或多個。在一些實施方式中，提供處于A態的輔助量子位作為一個或多個附加運算的資源包括提供處于A態的輔助量子位以執行T門。

在一些實施方式中，該方法用于在兩個控制量子位和目標量子位上執行第一臨時Toffoli量子邏輯門，其中，提供處于恢復的A態的輔助量子位作為一個或多個附加運算的資源包括提供處于恢復的A態的輔助量子位以對兩個控制量子位和目標量子位執行第二臨時Toffoli量子邏輯門。

在一些實施方式中，計算兩個控制量子位的邏輯與以及反計算兩個控制量子位的邏輯與包括執行六個T門。

在一些實施方式中，計算兩個控制量子位的邏輯與以及將計算的邏輯與存儲在輔助量子位的態中包括：在處于|A態的輔助量子位和第一控制量子位之間應用CNOT門；將T門的厄米共軛(Hermitian conjugate)應用于輔助量子位；在輔助量子位和第二控制量子位之間應用CNOT門；將T門應用于輔助量子位；在輔助量子位和第一控制量子位之間應用CNOT門；將T門的厄米共軛應用于輔助量子位；以及將哈達瑪門(Hadamard gate)應用于輔助量子位，以將兩個控制量子位的邏輯與存儲在輔助量子位的態中。

在一些實施方式中，該方法還包括將S門應用于存儲兩個控制量子位的邏輯與的輔助量子位。

在一些實施方式中，通過用A態替換存儲兩個控制量子位的計算的邏輯與的輔助量子位的態來恢復輔助量子位的A態包括：將哈達瑪門應用于存儲兩個控制量子位的邏輯與的輔助量子位；將T門應用于輔助量子位；在輔助量子位和第一控制量子位之間應用CNOT門；將T門的厄米共軛應用于輔助量子位；在輔助量子位和第二控制量子位之間應用CNOT門；將T門應用于輔助量子位；以及在輔助量子位和第一控制量子位之間應用CNOT門，以使輔助量子位處于|A態。

在一些實施方式中，該方法還包括將S門應用于輔助量子位。

一般來說，本說明書中描述的主題的另一創新方面可以以一種用于在兩個控制量子位上執行臨時邏輯與運算的方法來實施，該方法包括：獲取處于A態的輔助量子位；計算兩個控制量子位的邏輯與并且將計算的邏輯與存儲在輔助量子位的態中，包括用兩個控制量子位的邏輯與替換輔助量子位的A態；保持存儲兩個控制的邏輯與的輔助量子位直到第一條件被滿足；以及當第一條件被滿足時擦除輔助量子位。