تحقق بهبوديافته گيت‌هاي يكاني كنترل‌شده در مدل محاسباتي كوانتومي يك‌طرفه با استفاده از حساب اندازه‌گيري تعميم‌يافته

Improved Realization of Controlled Unitary Gates in the One-Way Quantum Computation Model Using the Extended Measurement Calculus

در مدل محاسبات كوانتومي يك‌طرفه (WQC1)، همبستگي كوانتومي در يك مدل درهم‌تنيده كه حالت گرافي يا حالت خوشه‌اي خوانده مي‌شود، باعث مي‌گردد كه محاسبات جامع كوانتومي تنها با استفاده از اندازه‌گيري‌هاي تك‌كيوبيتي محقق شود. در WQC1 محاسبات با الگوهاي اندازه‌گيري يا به طور خلاصه الگو نمايش داده مي‌شوند. مسأله سنتز در مدل WQC1 به صورت استخراج الگو از يك ماتريس يكاني دلخواه ورودي تعريف مي‌شود. معيارهاي اصلي در ارزيابي الگوهاي اندازه‌گيري در مدل WQC1، اندازه، عمق الگو و تعداد درهم‌تنيدگي‌هاي الگو است. در اين مقاله، روش جديدي براي سنتز گيت‌هاي يكاني U كنترل‌شده كه U يك گيت تك‌كيوبيتي است در مدل WQC1 ارائه شده است. بدين منظور براي نخستين بار، ايده استفاده از حساب اندازه‌گيري تعميم‌يافته (كه از اندازه‌گيري در صفحات مختلف كره بلاخ بهره مي‌برد) در مفهوم سنتز در مدل WQC1 استفاده مي‌شود. بهينه‌سازي‌هايي نيز مبتني بر اين ايده پيشنهاد شده و با استفاده از آن، روش پيشنهادي براي سنتز گيت‌هاي يكاني كنترل‌شده در مدل WQC1 معيارهاي ارزيابي اندازه، عمق و تعداد درهم‌تنيدگي‌هاي الگو را نسبت به بهترين كار قبلي به ترتيب به ميزان 9/1%، 30% و 18/1% بهبود مي‌دهد.

In one-way quantum computation model (1WQC), the quantum correlations in an entangled state, called a cluster state or graph state, are used to perform universal quantum computations using single-qubit measurements. In 1WQC, the computations are shown by measurement patterns or simply patterns. The synthesis problem in the 1WQC model is defined as extracting the pattern from a given arbitrary unitary matrix. The important criteria in evaluating measurement patterns in the 1WQC model, are the size, the depth and the number of entanglements of the pattern. In this paper, a new approach is proposed to synthesize controlled-unitary U gates where U is a single-qubit gate. To this end, for the first time, the idea of applying the extended measurement calculus, which utilizes the measurements in different Bloch sphere planes, is used in the synthesis of the 1WQC model. Some optimizations are proposed for this method and a new approach is presented to synthesize controlled-U gates for the 1WQC model which improves the evaluation criteria of size, depth and the number of entanglements in this model as compared to the best previous result by 9.1%, 30% and 18.1%, respectively.