针对小角度旋转的更高效Clifford+T综合方法及其在Trotter化中的应用
Clifford+T旋转门合成是容错量子编译中的重要程序。尽管Clifford+T合成具有可扩展性,但在实际应用中,每次旋转需要数十个T门的高开销,这对许多容错量子算法的资源估计产生了很大影响。然而,这些众所周知的结果(包括使用概率混合的方法 [Quantum 7, 1208 (2023)])都与旋转角θ无关,需要O(log 1/δ)个T门。该研究证明,对于小角度,可以做得更好,将T门成本降低到Õ(θ²/δ),而在最坏情况下则恢复到现有的O(log 1/δ)结果。这一点尤为重要,因为许多算法(如Trotterization)主要受小角度旋转主导。此外,该研究对准概率进行了详细的理论和数值研究,可以在仅增加少量采样复杂度的前提下,将大规模电路的总T门成本降低数个数量级。该工作还基于Clifford+T回退通道的准概率混合开发了一种方案,推导出新的依赖于θ的公式,可用于容错量子算法的资源估计。作为研究成果的应用,该工作表明,当Trotter步长趋于零时,经Clifford+T门集编译的Trotterization电路的门成本为常数,即使在较大步长下也可降低数个数量级。这些结论应促使研究人员重新审视多种应用场景下容错Trotterization的成本。该工作打破了“Clifford+T旋转合成具有与θ无关的高成本”这一广泛流传的说法,并进一步开发了一种可扩展的准概率旋转合成方法。该工作还预计,通过减少所需的魔法态资源,将有助于推动实用的早期容错量子计算的发展。

