The teleportation model of quantum computation introduced by Gottesman and Chuang (1999) motivated the development of the Clifford hierarchy. Despite its intrinsic value for quantum computing, the widespread use of magic state distillation, which is closely related to this model, emphasizes the importance of comprehending the hierarchy. There is currently a limited understanding of the structure of this hierarchy, apart from the case of diagonal unitaries (Cui et al., 2017; Rengaswamy et al. 2019). We explore the structure of the second and third levels of the hierarchy, the first level being the ubiquitous Pauli group, via the Weyl (i.e., Pauli) expansion of unitaries at these levels. In particular, we characterize the support of the standard Clifford operations on the Pauli group. Since conjugation of a Pauli by a third level unitary produces traceless Hermitian Cliffords, we characterize their Pauli support as well. Semi-Clifford unitaries are known to have ancilla savings in the teleportation model, and we explore their Pauli support via symplectic transvections. Finally, we show that, up to multiplication by a Clifford, every third level unitary commutes with at least one Pauli matrix. This can be used inductively to show that, up to a multiplication by a Clifford, every third level unitary is supported on a maximal commutative subgroup of the Pauli group. Additionally, it can be easily seen that the latter implies the generalized semi-Clifford conjecture, proven by Beigi and Shor (2010). We discuss potential applications in quantum error correction and the design of flag gadgets.


翻译:Gottesman 和 Chuang (1999年) 引入的量计算传导模型激励了克里福德等级的发展。 尽管它对于量计算具有内在价值, 广泛使用与该模型密切相关的神奇状态蒸馏法, 强调了理解等级的重要性。 目前对这一等级结构结构的理解有限, 除了对等单体外( Cui 等人, 2017年; Rengaswamy 等人 2019年) 。 我们探索该等级第二和第三级的校正结构, 第一级是普遍存在的保利集团, 通过Weyl( i.e., Pauli) 扩大这些等级的单位。 特别是, 我们描述对标准克里福德操作的支持。 由于第三级一对保利结构的调和无踪迹的Hermitian 雕刻, 我们将其保利支持的第三个等级的校正缩缩缩缩缩缩缩缩略图在电传算模型中, 并且我们探索保罗的一级支持, 通过每升一级 翻缩缩缩缩缩缩缩缩后, 显示每升一级 的校正的校略图。

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