We examine the following problem: given a collection of Clifford gates, describe the set of unitaries generated by circuits composed of those gates. Specifically, we allow the standard circuit operations of composition and tensor product, as well as ancillary workspace qubits as long as they start and end in states uncorrelated with the input, which rule out common "magic state injection" techniques that make Clifford circuits universal. We show that there are exactly 57 classes of Clifford unitaries and present a full classification characterizing the gate sets which generate them. This is the first attempt at a quantum extension of the classification of reversible classical gates introduced by Aaronson et al., another part of an ambitious program to classify all quantum gate sets. The classification uses, at its center, a reinterpretation of the tableau representation of Clifford gates to give circuit decompositions, from which elementary generators can easily be extracted. The 57 different classes are generated in this way, 30 of which arise from the single-qubit subgroups of the Clifford group. At a high level, the remaining classes are arranged according to the bases they preserve. For instance, the CNOT gate preserves the X and Z bases because it maps X-basis elements to X-basis elements and Z-basis elements to Z-basis elements. The remaining classes are characterized by more subtle tableau invariants; for instance, the T_4 and phase gate generate a proper subclass of Z-preserving gates.


翻译:我们考察了以下问题: 给一组克里福德门, 描述由由这些门组成的电路所生成的一组同源体。 具体地说, 只要在与输入不相干的国家开始和结束, 我们允许组成和高压产品以及辅助工作空间qubits的标准电路操作, 只要它们与输入不相干, 就可以在与输入不相干的国家开始和结束, 排除普通的“ 神奇状态注入” 技术, 使克里福德电路普遍化。 我们显示, 准确有57个克里福德门类, 并展示了生成这些门类的完整分类特性。 这是首次尝试将Aaronson等人提出的可逆古典门的分类量级扩大。 这是另一个雄心勃勃勃的方案, 对所有量门门组进行分类。 分类时, 在中心对克里福德门门的表面表示重新解释, 使基本电流能提取。 以这种方式生成了57个不同的类, 其中30个来自克里福德组的单项分组。 在高层次上, 其余的门类按例分类排列为X级, 其底部元素为Xba 级, 保存Z 。

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