The circuit design and optimization of quantum multiplier and divider

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作者
Hai-Sheng Li,Ping Fan,Haiying Xia,Gui‐Lu Long
出处
期刊:Science China Physics, Mechanics & Astronomy [Springer Science+Business Media]
卷期号:65 (6) 被引量:28
标识
DOI:10.1007/s11433-021-1874-2
摘要

A fault-tolerant circuit is required for robust quantum computing in the presence of noise. Clifford + T circuits are widely used in fault-tolerant implementations. As a result, reducing T-depth, T-count, and circuit width has emerged as important optimization goals. A measure-and-fixup approach yields the best T-count for arithmetic operations, but it requires quantum measurements. This paper proposes approximate Toffoli, TR, Peres, and Fredkin gates with optimized T-depth and T-count. Following that, we implement basic arithmetic operations such as quantum modular adder and subtracter using approximate gates that do not require quantum measurements. Then, taking into account the circuit width, T-depth, and T-count, we design and optimize the circuits of two multipliers and a divider. According to the comparative analysis, the proposed multiplier and divider circuits have lower circuit width, T-depth, and T-count than the current works that do not use the measure-and-fixup approach. Significantly, the proposed second multiplier produces approximately 77% T-depth, 60% T-count, and 25% width reductions when compared to the existing multipliers without quantum measurements.

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