Stesso：面向对称结构的 n 位 Toffoli 门可重构分解

$(n+1)$ 位 Toffoli 门主要用于构建其他量子门和算子，如 Fredkin 门、算术加法器和逻辑比较器，其中 $n \geq 2$。几个研究者提出了不同方法，将量子电路中的 $(n+1)$ 位 Toffoli 门分解为一组标准 3 位 Toffoli 门或一组初等量子门（如单比特门和双比特门）。然而，这些方法不适用于当代量子计算机通常采用的数据线连接的对称结构（布局），通常需要更多 ancilla 比特。本文提出一种新型结构设计方法，通过利用可配置的 ancilla 比特来有效分解 $(n+1)$ 位 Toffoli 门，我们将其称为“support 比特”。我们统称使用 support 比特实现对称结构分解的方法为“step-decreasing structures shaped operators (Stesso)”。Stesso 的主要优势在于可配置构建不同极性和中间子电路的各种分解算子，如 Positive Polarity-Stesso、Mixed Polarity-Stesso 和 Generalized-Stesso。通过 Stesso，实验证明 $(n+1)$ 位 Toffoli 门始终在量子成本上优于使用常规组合方法。