一种面向维数大于3的素数维量子dit的量子编译器

第一代量子计算机的现有方案大多使用二能级系统（即量子比特(qubit)）作为量子信息的基本单元。然而，近期量子纠错与魔法态蒸馏协议的创新表明，使用$d$能级量子系统（称为量子dit(qudit)）相较于量子比特具有优势。在设计量子架构时，考虑编译协议至关重要，即将程序员使用的高级指令最优地转换为机器解释的低级指令。本工作中，我们基于先前针对量子比特、使用称为相位多项式(phase polynomial)的量子电路代数表示的工作，提出了一种用于多量子dit精确合成的通用途自动编译器。我们假设Clifford门为低成本，并旨在最小化Clifford+M电路中的M门数量，其中M是量子比特T门或$\pi/8$相位门的量子dit类比。展示我们编译器能力的一个令人惊讶的结果是，我们找到了一种使用4个M门实现CCZ或Toffoli门的无条件门方案，而量子比特类比需要7个T门。