Constructing a virtual two-qubit gate by sampling single-qubit operations

量子位元 物理 可见的 泡利不相容原理 量子计算机 量子门 量子纠错 拓扑(电路) 量子电路 量子 掉期(金融) 量子力学 算法 计算机科学 数学 组合数学 财务 经济
作者
Kosuke Mitarai,Keisuke Fujii
出处
期刊:New Journal of Physics [IOP Publishing]
卷期号:23 (2): 023021-023021 被引量:35
标识
DOI:10.1088/1367-2630/abd7bc
摘要

We show a certain kind of non-local operations can be simulated by sampling a set of local operations with a quasi-probability distribution when the task of a quantum circuit is to evaluate an expectation value of observables. Utilizing the result, we describe a strategy to decompose a two-qubit gate to a sequence of single-qubit operations. Required operations are projective measurement of a qubit in Pauli basis, and $π/2$ rotation around x, y, and z axes. The required number of sampling to get an expectation value of a target observable within an error of $ε$ is roughly $O(9^k/ε^2)$, where $k$ is the number of "cuts" performed. The proposed technique enables to perform "virtual" gates between a distant pair of qubits, where there is no direct interaction and thus a number of swap gates are inevitable otherwise. It can also be utilized to improve the simulation of a large quantum computer with a small-sized quantum device, which is an idea put forward by [Peng, et al., arXiv:1904.00102]. This work can enhance the connectivity of qubits on near-term, noisy quantum computers.
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