We prove that any $n$-qubit unitary can be implemented (i) approximately in time $\tilde O\big(2^{n/2}\big)$ with query access to an appropriate classical oracle, and also (ii) exactly by a circuit of depth $\tilde O\big(2^{n/2}\big)$ with one- and two-qubit gates and $2^{O(n)}$ ancillae. The proofs of (i) and (ii) involve similar reductions to Grover search. The proof of (ii) also involves a linear-depth construction of arbitrary quantum states using one- and two-qubit gates (in fact, this can be improved to constant depth with the addition of fanout and generalized Toffoli gates) which may be of independent interest. We also prove a matching $\Omega\big(2^{n/2}\big)$ lower bound for (i) and (ii) for a certain class of implementations.


翻译:我们证明,任何一元一元一元的单一单位可以实施:(一) 大约在时间上用查询访问适当的古典神器,(二) 美元,以及(二) 完全由深度电路用一平方和二平方门和2平方门和2平方门来进行。(一) 和(二) 的证明涉及类似格罗弗搜索的减少。(二) 证据还涉及使用一平方和二平方门(事实上,这可以通过增加扇门和通用托夫利门来不断改进,以保持深度),我们还证明,对于某类执行来说,(一)和(二) 下限为(一) 和(二) 下限为(一)和(二) 下限为(一) 和(二) 下限为(一) 。

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