超越量子 Shannon：基于块 ZXZ 分解的通用 n 量子比特门电路构造

本文提出了一种新的优化量子块 ZXZ 分解方法 [7,8,10]，该方法能产生比 Shende 等人于 2006 年提出的量子 Shannon 分解 (QSD) [27] 更优的量子电路。该分解方法递归应用于通用量子门，并能利用现有和未来的小规模电路优化技术。由于我们的方法仅使用单量子比特门和均匀控制旋转 Z 门，因此可以轻松地适配使用其他类型的多量子比特门。利用所提出的分解方法，一个通用的 3 量子比特门可以使用 19 个 CNOT 门（而非 20 个）进行分解。对于通用的 $n$ 量子比特门，所提出的分解方法生成的电路具有 $\frac{22}{48}4^n - \frac{3}{2}2^n +\frac{5}{3}$ 个 CNOT 门，这比已知的最佳精确分解算法少了 $(4^{n-2} -1)/3$ 个 CNOT 门。