本征态辅助实现固定代价的通用量子受控幺正操作

受控酉门是许多量子算法中的基本元件。将已知分解的一般酉门U转换为其受控版本(controlled-U)可能会显著增加电路深度开销。该研究团队提出了一种通用方法,可将任意酉门U转换为controlled-U,其固定电路结构为每个量子比特使用4个CNOT门和2个Toffoli门。对于n量子比特酉门和一个控制比特的情况,该方法需要2n+1个量子比特,以及能生成U本征态的电路(已有多种经济高效的算法可实现)。该方法同样适用于U的任何黑盒实现,能获得与具体分解无关的恒定深度实现。研究人员以Hadamard测试为例演示了该方法,并探讨了在变分算法和量子机器学习算法中的应用。

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提交arXiv: 2026-02-22 16:06

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