具有一致控制单量子比特门的量子电路

一致控制单量子比特门是可表示为作用于单个量子比特的二维酉算符之直和的量子门。我们提出了一种量子门阵列,使用至多 2^{n-1} - 1 个受控非门、2^{n-1} 个单量子比特门和单个对角 n 量子比特门来实现任意此类 n 量子比特门。该电路基于所谓的量子多路复用器,我们给出了其改进构造。我们通过将这些门应用于一般 n 量子比特门的分解和局域态制备过程来说明其通用性。此外,我们研究了仅使用最近邻门的实现。对所有上述应用,我们给出了单量子比特门和受控非门数量的的上界。在所有四种情况下,所提出的电路拓扑均改进或达到了先前报道的门数上界。因此,它们提供了目前已知最有效的通用门分解方法。