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Efficient Preparation of Resource States for Hamiltonian Simulation and Universal Quantum Computation

Kaldenbach, Thierry und Smith, Isaac D. und Poulsen Nautrup, Hendrik und Heller, Matthias und Briegel, Hans J. (2025) Efficient Preparation of Resource States for Hamiltonian Simulation and Universal Quantum Computation. [sonstige Veröffentlichung]

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
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Offizielle URL: https://arxiv.org/abs/2509.05404

Kurzfassung

The direct compilation of algorithm-specific graph states in measurement-based quantum computation (MBQC) can lead to resource reductions in terms of circuit depth, entangling gates, and even the number of physical qubits. In this work, we extend previous studies on algorithm-tailored graph states to periodic sequences of generalized Pauli rotations, which commonly appear in, e.g., Trotterized Hamiltonian simulation. We first implement an enhanced simulated-annealing-based algorithm to find optimal periodic graph states within local-Clifford equivalent MBQC resources. In addition, we derive a novel scheme for the preparation of resource states based on a graph state and a ladder of CNOT gates, which we term anticommutation-based MBQC, since it uncovers a direct relationship between the graph state and the anticommutation matrix for the set of Hamiltonians generating the computation. We also deploy our two approaches to derive universal resource states from minimal universal sets of generating Hamiltonians. Finally, we demonstrate and compare both of our methods based on various examples from condensed matter physics and universal quantum computation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218073/
Dokumentart:sonstige Veröffentlichung
Titel:Efficient Preparation of Resource States for Hamiltonian Simulation and Universal Quantum Computation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kaldenbach, Thierrythierry.kaldenbach (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Smith, Isaac D.Universität InnsbruckNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Poulsen Nautrup, HendrikUniversität InnsbruckNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heller, MatthiasFraunhofer IGD DarmstadtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Briegel, Hans J.Universität InnsbruckNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 April 2025
Erschienen in:arXiv Preprint
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
DOI:10.48550/arXiv.2509.05404
Status:veröffentlicht
Stichwörter:measurement-based quantum computation, graph states, local complementation, resource states, circuit optimization, resource theory
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC AW - Anwendungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - QuantiCoM
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische und hybride Werkstoffe
Hinterlegt von: Kaldenbach, Thierry
Hinterlegt am:04 Dez 2025 10:05
Letzte Änderung:04 Dez 2025 10:05

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