量子科技中心_量科网

制备能实现给定稀疏量子态的量子电路，是众多不同量子算法所需的重要基础模块。在容错量子计算背景下，执行所谓的非克利福德门操作远比克利福德门操作代价高昂。对此，该研究团队提出了一种专门优化量子资源消耗的稀疏量子态合成算法。该算法生成电路的深度、辅助量子比特数量以及关键的非克利福德门操作次数，均与量子态的稀疏度呈线性关系。该团队推测非克利福德门操作次数的复杂度已达到理论下限，并给出了该猜想的弱化形式证明。 该算法的首个核心要素是广义W态的合成。研究团队采用基于树形结构的电路构造方法，阐释了树形结构与电路复杂度间的关联机制。第二个核心要素是实现基态映射的经典可逆电路——该电路通过置换操作将W态基态转换为目标稀疏量子态基态。该工作将此问题转化为二进制矩阵对角化问题，采用与经典可逆门对应的特定基本矩阵运算集进行处理。通过创新性改进的高斯-若尔当消元法，研究团队实现了包括采用并行消元步骤优化电路深度在内的多维度电路复杂度最小化。