任意量子比特门的分解方法

摘要

本发明公开了一种任意量子比特门的分解方法，属于量子态的操控技术领域。所述方法包括：将任意n量子比特门U分解为多个连续的Cn(U)，通过构造基本段和修正段并利用嵌套递推的方式，分别采用线路复杂度为O(2n)的指数分解方式和线路复杂度为O(n2)的多项式分解方式来实现对任意量子比特门的分解。本发明实现了将任意量子比特门分解为复杂度分别为量子位指数形式和多项式形式，准确地给出了只含有两量子比特受控非门和单量子比特门的量子线路图和相应解析表达式，从而在量子态的传输过程中实现了对量子态的任意操作；计算出了两种分解形式所需的基本逻辑门的数目；在分解的结果中使用相移近似门代替Toffoli门，极大地降低了线路的复杂度。

主权项

1.一种任意量子比特门的分解方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：将任意n量子比特门分解为多个连续的n量子比特完全受控U门Cⁿ(U)；步骤2：当n＝3时，将所述3量子比特完全受控U门C³(U)分解为单量子比特门和两量子比特受控非门，然后结束；步骤3：当n≥4时，将4量子比特完全受控U门C⁴(U)分解为单量子比特门和两量子比特受控非门；如果n＝4，则结束；否则，执行步骤4；步骤4：从n＝5开始，根据所述Cⁿ(U)由基本段和修正段组成的规则，以n递增的方式递推计算Cⁿ(U)，直到求出所述Cⁿ(U)的分解结果，所述基本段由根据n-1量子比特完全受控U门C^n-1(U)得到，所述修正段由根据两量子比特受控V门Λ¹(V)、两量子比特受控门和两量子比特受控非门得到，所述V为按照预设的变形规则对所述U进行变形得到，然后将所述分解结果中的C⁴(U)、Λ¹(V)和分别分解为单量子比特门和两量子比特受控非门，结束。