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Resumen
Los conjuntos de puertas universales para la computación cuántica se conocen desde hace décadas, pero no se ha propuesto ningún conjunto de puertas universales para unidades unitarias que conservan partículas, que son las operaciones de interés en la química cuántica. En este trabajo, mostramos que las compuertas de excitación simple controladas en forma de rotaciones de Givens son universales para unidades conservadoras de partículas. Las compuertas de excitación simple describen una rotación $U(2)$ arbitraria en el subespacio de dos qubits abarcado por los estados $|01rangle, |10rangle$, mientras dejan otros estados sin cambios, una transformación que es análoga a una rotación de un solo qubit en un qubit de doble riel. La prueba es constructiva, por lo que nuestro resultado también proporciona un método explícito para compilar unitarios arbitrarios que conservan partículas. Además, describimos un método para usar puertas de excitación simple controladas para preparar un estado arbitrario de un número fijo de partículas. Derivamos fórmulas de gradiente analítico para rotaciones de Givens, así como descomposiciones en puertas de un solo qubit y CNOT. Nuestros resultados ofrecen un marco unificador para la química computacional cuántica donde cada algoritmo es una receta única construida a partir de los mismos ingredientes universales: las rotaciones de Givens.
Imagen destacada: un circuito cuántico de ejemplo construido a partir de rotaciones de Givens
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Citado por
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