Progress in quantum hardware design is progressing toward machines of sufficient size to begin realizing quantum algorithms in disciplines such as encryption and physics. Quantum circuits for addition are crucial to realize many quantum algorithms on these machines. Ideally, quantum circuits based on fault-tolerant gates and error-correcting codes should be used as they tolerant environmental noise. However, current machines called Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) machines cannot support the overhead associated with faulttolerant design. In response, low depth circuits such as quantum carry lookahead adders (QCLA)s have caught the attention of researchers. The risk for noise errors and decoherence increase as the number of gate layers (or depth) in the circuit increases. This work presents an out-of-place QCLA based on Clifford+T gates. The QCLAs optimized for T gate count and make use of a novel uncomputation gate to save T gates. We base our QCLAs on Clifford+T gates because they can eventually be made faulttolerant with error-correcting codes once quantum hardware that can support fault-tolerant designs becomes available. We focus on T gate cost as the T gate is significantly more costly to make faulttolerant than the other Clifford+T gates. The proposed QCLAs are compared and shown to be superior to existing works in terms of T-count and therefore the total number of quantum gates. Finally, we illustrate the application of the proposed QCLAs in quantum image processing by presenting quantum circuits for bilinear interpolation.


翻译:量子硬件设计的进展正在向足够大的机器迈进,以开始实现诸如加密和物理等学科的量子算法。 量子电路对于实现这些机器上的许多量子算法至关重要。 理想的情况是, 以容错门和错误校正代码为基础的量子电路应该使用, 因为它们能容忍环境噪音。 但是, 名为Noisy 中级比例的量子计算机( NISQQ) 的当前机器无法支持与差分设计相关的间接费用。 作为回应, 量子携带长头添加器( QCLA) 等低深度电路已经引起了研究人员的注意。 随着电路中门层( 或深度) 数量的增加, 噪音错误和不协调的风险会增加。 这项工作展示了基于克里福德+T门的 量子电路路。 QLACS 优化了T门的门数, 并使用新式的不计价门来保存T门。 我们建议将我们的QLA数以克里夫德+T为基准, 因为它们最终可以与错误校正码编码发生错误校错校错校正。 Q的计算, 将GLALAG门的计算费用比更高门的GLA 。

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