이 기사의 목적

이 기사는 자주 사용되는 양자 게이트와 양자 회로를 LaTeX로 그리는 것을 목표로합니다. 이번에는 양자 컴퓨터의 가산에 사용되는 CNOT 게이트와 Toffoli 게이트를 그리는 LaTeX의 코드를 기재하는 것과 동시에, 가산을 실시하는 양자 회로(문헌[1]을 참조)를 기술하는 LeTeX의 코드를 기재했습니다. 자유롭게 사용&변경하여 사용해도 상관없습니다.

환경

· MacOS Mojave
・TeX Shop
의 환경하에 있어서 확인의 아래, 본 기사를 쓰고 있습니다.

회로를 작성하는 방법에 대해

양자 회로를 LaTeX로 그리는 방법은 @squary 같은 LaTeX로 양자 회로 그리기 라는 페이지를 참고했습니다. qcircuit이라는 패키지를 사용합니다.

CNOT 게이트

CNOT 게이트에서는 컨트롤 비트가 1일 때만 타겟 비트의 값이 반전됩니다. 출력되는 CNOT 게이트의 그림은 다음과 같습니다.



main.tex

¥documentclass{jsarticle}
¥usepackage[dvipdfmx]{graphicx}

¥usepackage[T1]{fontenc}
¥usepackage{lmodern}
¥usepackage[cmex10]{amsmath}

¥usepackage{qcircuit}
¥usepackage{braket}

¥begin{document}

¥section{CNOTゲート}
¥Qcircuit @C=1em @R=2em {
  ¥lstick{} & ¥qw & ¥ctrl{1} & ¥qw    & ¥qw       ¥¥
  ¥lstick{} & ¥qw & ¥targ    & ¥qw    & ¥qw   
}

¥end{document}

Toffoli 게이트

Toffoli 게이트는 두 개의 제어 비트가 모두 1 일 때만 대상 비트의 값을 반전시킵니다. 출력되는 Toffoli 게이트의 그림은 다음과 같습니다.



main.tex

¥documentclass{jsarticle}
¥usepackage[dvipdfmx]{graphicx}

¥usepackage[T1]{fontenc}
¥usepackage{lmodern}
¥usepackage[cmex10]{amsmath}

¥usepackage{qcircuit}
¥usepackage{braket}

¥begin{document}

¥section{Toffoliゲート}
¥Qcircuit @C=1em @R=2em {
  ¥lstick{} & ¥qw & ¥ctrl{1} & ¥qw    & ¥qw       ¥¥
  ¥lstick{} & ¥qw & ¥ctrl{1} & ¥qw    & ¥qw       ¥¥
  ¥lstick{} & ¥qw & ¥targ    & ¥qw    & ¥qw   
}

¥end{document}

가산 실현

2개의 양자 게이트를 조합함으로써 가산 회로를 실현할 수 있습니다. 더하기 회로에는 두 번째 프로세스가 있습니다. 양자 비트의 A와 B가 더한 값으로, S와 C는 대답의 값을 포함한다.
양자 회로는 다음과 같습니다.



main.tex

¥documentclass{jsarticle}
¥usepackage[dvipdfmx]{graphicx}

¥usepackage[T1]{fontenc}
¥usepackage{lmodern}
¥usepackage[cmex10]{amsmath}

¥usepackage{qcircuit}
¥usepackage{braket}

¥begin{document}

¥section{加算の回路}
¥Qcircuit @C=2em @R=2em {
  A ¥quad & ¥ctrl{2} ¥qw  & ¥qw      & ¥ctrl{1}   & ¥qw    & ¥qw ¥¥
  B ¥quad & ¥qw           & ¥ctrl{1} & ¥ctrl{2}   & ¥qw    & ¥qw ¥¥
  S ¥quad & ¥targ   ¥qw   & ¥targ    & ¥qw        & ¥meter & ¥qw ¥¥
  C ¥quad & ¥qw           & ¥qw      & ¥targ      & ¥meter & ¥qw 
}

¥end{document}

참고문헌

[1] 미나토 유이치로, 가장 쉬운 양자 컴퓨터의 교본 인기 강사가 가르치는 세계가 주목하는 최신 기술, 임프레스 (2019).

이번은 이상입니다.