We present methods for implementing arbitrary permutations of qubits under interaction constraints. Our protocols make use of previous methods for rapidly reversing the order of qubits along a path. Given nearest-neighbor interactions on a path of length $n$, we show that there exists a constant $\epsilon \approx 0.034$ such that the quantum routing time is at most $(1-\epsilon)n$, whereas any swap-based protocol needs at least time $n-1$. This represents the first known quantum advantage over swap-based routing methods and also gives improved quantum routing times for realistic architectures such as grids. Furthermore, we show that our algorithm approaches a quantum routing time of $2n/3$ in expectation for uniformly random permutations, whereas swap-based protocols require time $n$ asymptotically. Additionally, we consider sparse permutations that route $k \le n$ qubits and give algorithms with quantum routing time at most $n/3 + O(k^2)$ on paths and at most $2r/3 + O(k^2)$ on general graphs with radius $r$.
翻译:我们提出在互动制约下任意调整qubit 的方法。 我们的协议使用先前的方法, 快速扭转qubit 沿一条路径的顺序。 鉴于在长度为$n的路径上最近的邻居互动, 我们显示存在一个恒定的 $\ epsilon\ approx 0.034$, 这样量子路由时间最多( 1- epsilon) 美元, 而任何基于互换的协议至少需要时间 $-1 美元。 这是首个已知的对以互换为基础的路由方法的量子优势, 也为像电网这样的现实建筑提供了改进的量级路由时间。 此外, 我们显示我们的算法在路径上和最大正值为2美元/ 3 美元和正数为2美元/ 3 + O 美元的量子路由时间, 而基于互换的协议则需要时间最多为1 美元。 此外, 我们考虑的是, 在路径上以量流时间( $/3+ O (k 2x2美元) + 平方图上以美元 0. 2美元 + Ok 平径上, + 平径 平径上, 平径上用量算算算算算算算( $ 2美元) 0.2美元) 。