Publication

A New Perspective of Constructing Resource-Efficient Data-Lookup Quantum Oracles

2025

Résumé

Quantum oracles are essential components in quantum algorithms, enabling the efficient evaluation of Boolean functions. This paper presents a novel approach to constructing resource-efficient data-lookup quantum oracles for fault-tolerant quantum computing (FTQC) systems. By leveraging the algebraic normal form (ANF) of Boolean functions, rather than the truth tables used in existing approaches, we achieve a provable O(n) reduction in the minimum Toffoli gate count - a key cost metric in FTQC - for constructing an n-variable data-lookup oracle. Additionally, exploiting ANF product terms allows for the exploration of space-time trade-offs, enabling the design of data-lookup oracles with distinct resource requirements that can adapt to varying system constraints - flexibility that current methods do not offer. Based on the target quantum system's requirements, our approach offers the ability to tailor oracle designs to minimize either Toffoli count and depth, or ancillary qubit usage.

Source officielle

https://infoscience.epfl.ch/entities/publication/ee48876a-d9d3-4b96-8b47-0931844dfb4f

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Concepts associés (32)

Informatique quantique

L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des calculateurs quantiques et des associés. La notion s'oppose à celle d'informatique dite « classique » n'utilisant que des phénomènes de physique classique, notamment de l'électricité (exemple du transistor) ou de mécanique classique (exemple historique de la machine analytique). En effet, l'informatique quantique utilise également des phénomènes de la mécanique quantique, à savoir l'intrication quantique et la superposition.

Quantum algorithm

In quantum computing, a quantum algorithm is an algorithm which runs on a realistic model of quantum computation, the most commonly used model being the quantum circuit model of computation. A classical (or non-quantum) algorithm is a finite sequence of instructions, or a step-by-step procedure for solving a problem, where each step or instruction can be performed on a classical computer. Similarly, a quantum algorithm is a step-by-step procedure, where each of the steps can be performed on a quantum computer.

Quantum programming

Quantum programming is the process of designing or assembling sequences of instructions, called quantum circuits, using gates, switches, and operators to manipulate a quantum system for a desired outcome or results of a given experiment. Quantum circuit algorithms can be implemented on integrated circuits, conducted with instrumentation, or written in a programming language for use with a quantum computer or a quantum processor. With quantum processor based systems, quantum programming languages help express quantum algorithms using high-level constructs.

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