Niedrig-overhead Konstruktionen für das fehlertolerante Toffoli-Gatter

Wir präsentieren zwei Konstruktionen für das Toffoli-Gatter, die die Ressourcenkosten in der fehlertoleranten Quanteninformatik erheblich reduzieren. Der erste Beitrag ist ein Toffoli-Gatter, das Clifford-Operationen plus nur vier T=exp(i^z/8) Tore benötigt, während herkömmliche Schaltungen sieben T-Tore erfordern. Eine Erweiterung dieses Ergebnisses ist, dass das Hinzufügen von n Steuerungseingängen zu einem gesteuerten Gatter 4n T-Tore erfordert, während das beste vorherige Ergebnis 8n betrug. Der zweite Beitrag ist eine Quanten-Schaltung für das Toffoli-Gatter, die einen einzelnen ^z-Fehler, der mit einer Wahrscheinlichkeit p in einem der acht T-Tore auftritt, erkennen kann, die erforderlich sind, um das Toffoli-Gatter zu erzeugen. Durch die Postauswahl von Schaltungen, die keinen Fehler festgestellt haben, wird die posteriori Fehlerwahrscheinlichkeit in der niedrigsten Ordnung von 4p (oder 7p, ohne den ersten Beitrag) auf 28p^2 für diese verbesserte Konstruktion unterdrückt. In der fehlertoleranten Quanteninformatik kann diese Konstruktion den Overhead für die Erzeugung logischer Toffoli-Gatter um eine Größenordnung reduzieren.