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量子電路是量子計(jì)算機(jī)的組成部分，它使用量子力學(xué)效應(yīng)來(lái)執(zhí)行任務(wù)。它們比當(dāng)今電子設(shè)備中的經(jīng)典電路更快、更準(zhǔn)確。但是，實(shí)際上，沒(méi)有量子電路是完全無(wú)誤差的。最大化量子電路的效率引起了世界各地科學(xué)家的極大興趣。

印度科學(xué)研究所（IISc）的研究人員使用數(shù)學(xué)方法模擬解決了這個(gè)問(wèn)題。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種算法來(lái)明確計(jì)算所需的資源數(shù)量，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化以獲得最大效率。IISc高能物理中心副教授安寧達(dá)·辛哈（Aninda Sinha）說(shuō)，“我們能夠[從理論上]構(gòu)建最高效的電路，并減少巨大因素所需的資源?！痹赑hysical Review Letters上發(fā)表的論文中研究人員認(rèn)為這是量子電路可以達(dá)到的最大效率。

在各個(gè)領(lǐng)域，尤其是量子計(jì)算中，優(yōu)化量子電路效率非常有用。量子計(jì)算機(jī)不僅會(huì)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)提供更快、更準(zhǔn)確的結(jié)果，而且它們也將更加安全-它們不會(huì)被黑客入侵，這對(duì)于防止數(shù)字銀行欺詐、安全漏洞和數(shù)據(jù)盜竊非常有用。它們還可以用于解決復(fù)雜的任務(wù)，例如優(yōu)化運(yùn)輸問(wèn)題和模擬金融市場(chǎng)。

經(jīng)典電路由通用邏輯門(mén)（例如NAND和NOR門(mén)）組成，每個(gè)邏輯門(mén)都對(duì)輸入執(zhí)行預(yù)定義的操作以產(chǎn)生輸出。類(lèi)似地，存在用于制造量子電路的通用量子門(mén)。實(shí)際上，門(mén)的效率不是100％；每個(gè)門(mén)的輸出始終存在一個(gè)誤差，并且該誤差無(wú)法消除，只是不斷地增加。最有效的電路不能使輸出誤差最小，而是將獲得相同輸出所需的資源最小化。因此問(wèn)題歸結(jié)為：給定凈誤差容限，構(gòu)建量子電路所需的最小門(mén)數(shù)是多少？

2006年，由昆士蘭大學(xué)前任教師邁克爾·尼爾森（Michael Nielsen）領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究表明，計(jì)算達(dá)到最大效率的門(mén)的數(shù)量等同于尋找兩點(diǎn)之間的最短距離，在某些數(shù)學(xué)空間也就是體積V。2016年的另一項(xiàng)研究認(rèn)為，該數(shù)字應(yīng)隨V直接變化。Sinha說(shuō)：“我們重復(fù)了尼爾森的最初研究，結(jié)果證明門(mén)數(shù)并不是隨著V變化，而是隨V 的平方變化。” 他和他的團(tuán)隊(duì)概括了該研究的假設(shè)，并進(jìn)行了一些修改以解決優(yōu)化問(wèn)題。他說(shuō)：“我們的計(jì)算表明，最小門(mén)的數(shù)量確實(shí)隨體積而變化?！?/p>

令人驚訝的是，他們的研究結(jié)果似乎也將效率優(yōu)化問(wèn)題與弦論聯(lián)系起來(lái)，弦論是一個(gè)著名的想法，試圖結(jié)合重力和量子物理學(xué)來(lái)解釋宇宙是如何工作的。辛哈（Sinha）和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種聯(lián)系有助于科學(xué)家解釋涉及重力的理論。他們還在開(kāi)發(fā)描述量子電路集合的方法，以計(jì)算某些實(shí)驗(yàn)量，而這些實(shí)驗(yàn)量在理論上無(wú)法使用現(xiàn)有方法進(jìn)行模擬。
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