在二维量子比特布局中的最优Toffoli深度多控Toffoli分解
多控制托福利(MCT)门是量子算术、预言机构造和量子密码分析中的关键原语。尽管近期工作已在全连接量子比特拓扑下建立了最优的托福利深度MCT分解,但这些分解在具有受限量子比特连接性的近期量子硬件上的实现仍鲜有探索。虽然通用量子映射器可以路由任意电路,但它们并未明确利用MCT分解中固有的重复交互模式。在本文中,该团队研究了将最优托福利深度MCT分解以架构感知的方式映射到受限二维量子比特布局上的方法。首先,该团队提出了一种结构化的几何布局方案,该方案在不增加额外深度开销的前提下,保留了最先进托福利和MCT分解的并行性。进一步地,该团队引入了一种基于基元的打包框架,在该框架中,分解层由源自基本托福利门的交互基元表示。通过将这些基元以顶点不相交的方式嵌入硬件图,该团队刻画了支持所需量子比特资源的最小尺寸拓扑结构,并推导了在严格量子比特预算下深度开销的显式边界。最后,该团队将这些边界与路由感知布局启发式算法进行了比较,并实证评估了在不同硬件拓扑上嵌入不同基元的有效性。
量科快讯
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