Toffoli 기반 단일 큐빗 회전의 실험적 구현과 벤치마크 활용

초록

본 논문은 Clifford + Toffoli 게이트 집합을 이용해 임의의 Z축 회전을 근사하는 알고리즘을 구현하고, IBM Qiskit 시뮬레이터와 실제 QPU(ibm torino)에서 2~8개의 보조 큐빗을 사용해 실험하였다. 시뮬레이션에서는 퍼-큐비트 디포라라이징 모델을 적용해 노이즈 수준을 변화시켰으며, 실험 결과는 시뮬레이션과 일치함을 확인했다. 회전 성공 확률과 프로세스 충실도(Process Fidelity)를 측정한 결과, 1 % 이하의 노이즈에서는 알고리즘이 기대한 성능을 유지한다는 결론을 얻었다. 또한, 회전 알고리즘을 작은 규모 양자 프로세서의 벤치마크로 활용할 수 있음을 제안한다.

상세 분석

이 논문은 FTQC(Fault‑Tolerant Quantum Computing) 시대에 필수적인 Toffoli 게이트와 Clifford 게이트만으로도 임의의 단일 큐빗 유니터리를 근사할 수 있음을 실증한다. 핵심 아이디어는 논문