Use itertools cycle
.
Assumindo que você saiba que x é a lista menor e usando compreensao de lista em uma linha apenas:
from itertools import cycle
x = [1, 2, 3]
y = [4, 5, 6, 7, 8, 9]
zip_list = list(zip(cycle(x), y))
# e quanto a sua operação use compreensão de lista:
m = [a + b for a, b in zip_list]zip(cycle(x), y)]
print(m)