Duke University的研究人員發現了新的方式來實現Toffoli Gate,使得N-qubit的Toffoli Gate可以有機會在Duke以及IonQ的Trapped Ion系統上面實現。一旦這樣的N-qubit Gate被實作,可望大幅提升現有很多量子計算演算法被實作的可能性。

什麼是Toffoli Gate?
Toffoli Gate是由N個Control Qubits以及一個Target Qubit所組成。當所有Control Qubit都是1的時候,會對Target Qubit進行X Rotation也就是把Target Qubit 1變成0或是0變成1。這個作用類似傳統計算機的加法進位,因此這個Gate是在很多量子計算的演算法中都存在的。如果一個系統無法支援Toffoli Gate,則需要先將程式中的Toffoli Gate給分解成系統有支援的Gates。而這樣的分解會產生出許多的Control-NOT以及Single Qubit Gates。

N-qubit Toffoli Gate對量子計算的影響
由於Toffoli Gate被廣泛運用在許多量子程式中,例如Grover’s Algorithm、VQE、Shor’s Algorithm都需要用到。加上對此Gate的分解又會產生很多Gate。在現今每一個Quantum Gate都因為存在有錯誤而不準確的情況下,這些因為分解Toffoli而產生的Gate都會導致整個量子程式的Quantum Circuit變得更長以及導致準確度下降。因此,如果能直接運行N-Qubit Toffoli Gate,這將使得很多量子計算的應用變得可實現。
總結
由於IonQ的創始人現在都在Duke University做研究,且使用的量子計算技術都是使用Trapped Ion,基本上這個發現雖然是由Duke的研究人員發表,但也可以說是IonQ的成果。詳細的文章內容刊登在arXiv:2202.04230。關於這個N-Qubit Toffoli Gate的準確度(Fidelity)還沒有很明確的數字。其實我真的很期待看到這樣的Gate也能達到99.99%以上的準確度,讓量子計算實質的應用優勢能夠提早到來。