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2021 年度 実績報告書

測定型量子回路の設計理論の構築

研究課題

研究課題/領域番号 18K19790
研究機関立命館大学

研究代表者

山下 茂  立命館大学, 情報理工学部, 教授 (30362833)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2022-03-31
キーワード量子回路設計 / 最適化 / RTOFゲート / Tゲート
研究実績の概要

量子回路で最もよく使用されるToffoli ゲートを構成するためには7つの T ゲートが必要であり,そのT ゲートの実現コストは大きい.そこで,Toffoli ゲートの機能を近似した RTOF ゲート(Relative-Phase Toffoli gate)が提案されている. RTOF は4つの T ゲートで構成でき,Toffoli ゲートと比較して実現コストが小さい.Toffoli ゲートと RTOF ゲートの出力論理は同じであるため,量子ブール回路を構成しているToffoli ゲートを全て RTOF ゲートに置換しても,回路の出力論理は変化しない.RTOF ゲートを使用することにより, Toffoli ゲートのコストが全て 4/7 倍となり,量子ブール回路のコストを削減することができる.ただし,出力の量子状態の位相が変化してしまうため,一般には単純に全てのToffoliゲートを単純にRTOFゲートに置換することはできない.そこで,RTOFによって変化した位相の変化を効率的に修正する手法を考案した.考案した手法では,まず,位相の変化を関数として表現し,その位相の変化を表す関数が回路内に既に存在すれば,その箇所に,Tゲートよりも実現コストがずっと少ないといわれているSゲートを配置することによって位相の変化を戻す.また,そのような関数が存在しない場合には,その関数を回路の最初に実現してその後にSゲートを配置することによって位相を修正する.提案した手法により,実際に全体のTゲートの数が削減される回路例があることを確認した.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うちオープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] 量子回路設計における最適化問題2021

    • 著者名/発表者名
      山下茂
    • 雑誌名

      電子情報通信学会Fundamentals Review

      巻: 14 巻 4 号 ページ: 337-346

    • DOI

      10.1587/essfr.14.4_337

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Exact Minimization of a Relative-Phase Toffoli Gate2022

    • 著者名/発表者名
      Naoya Asada
    • 学会等名
      25th Annual Conference on Quantum Information Processing
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of Quantum Boolean Circuits by Relative-Phase Toffoli Gates2022

    • 著者名/発表者名
      Shouhei Kuroda
    • 学会等名
      Reversible Computation 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical Decomposition and Mapping of MPMCT Gates to Nearest Neighbor Architectures2021

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Matsuo
    • 学会等名
      26th IEEE Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] 位相がずれたToffoliゲートの厳密最小化手法2021

    • 著者名/発表者名
      浅田尚也
    • 学会等名
      第45回量子情報技術研究会
    • 国際学会
  • [学会発表] A Cost Reduction Method for Quantum Boolean Circuits by Applying The Transduction Method2021

    • 著者名/発表者名
      Shohei Kuroda
    • 学会等名
      Asian Quantum Information Science Conference 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum State Preparation By Gaussian Elimination2021

    • 著者名/発表者名
      Duo Xu
    • 学会等名
      Asian Quantum Information Science Conference 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] T-depth Reduction Considering Multiple MCT Gates with Ancilla Bits2021

    • 著者名/発表者名
      Terumi Oguri
    • 学会等名
      Asian Quantum Information Science Conference 2021
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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