Decomposition of multicontrolled single-qubit special unitary
operators
Computação quântica. Circuitos quânticos. Otimização de
circuitos quânticos. Decomposição de portas quânticas.
Avanços recentes na computação quântica têm ganho atenção significativa da
comunidade científica, impulsionando intensivas iniciativas em pesquisa e
desenvolvimento. Tais esforços visam aproveitar fenômenos quânticos para a
abordagem de problemas computacionalmente desafiadores. Em busca de
desvendar essas capacidades, a investigação de estratégias para superar as
limitações de dispositivos quânticos ruidosos de escala intermediária
(NISQ) surgiu como uma fronteira decisiva. Essa linha de pesquisa tem o
potencial de facilitar aplicações práticas iminentes de tecnologias
quânticas. Este trabalho se concentra na decomposição de operadores
quânticos de múltiplos controles para auxiliar na mitigação de algumas das
restrições de dispositivos NISQ. Em particular, operadores unitários
especiais de grau 2 com n qubits e múltiplos controles são de interesse.
Aprimoramos a síntese desses operadores, em comparação com o estado da arte
no momento da proposta, reduzindo a quantidade de operadores CNOTs
necessários de O(28n) para O(20n) (ou O(16n) se a matriz do operador
unitário especial possui diagonal principal ou secundária com elementos
reais). Esse resultado motiva empenhos futuros para a busca de abordagens
mais econômicas para decompor qualquer operador de um qubit com múltiplos
controles.