（文章來源：科技報告與資訊）
量子電路是量子計算機(jī)的組成部分，它使用量子力學(xué)效應(yīng)來執(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，沒有量子電路是完全無誤差的。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問題。他們設(shè)計了一種算法來明確計算所需的資源數(shù)量，并對其進(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，“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。”在Physical 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。

在各個領(lǐng)域，尤其是量子計算中，優(yōu)化量子電路效率非常有用。量子計算機(jī)不僅會比傳統(tǒng)計算機(jī)提供更快、更準(zhǔn)確的結(jié)果，而且它們也將更加安全-它們不會被黑客入侵，這對于防止數(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)輸問題和模擬金融市場。

經(jīng)典電路由通用邏輯門（例如NAND和NOR門）組成，每個邏輯門都對輸入執(zhí)行預(yù)定義的操作以產(chǎn)生輸出。類似地，存在用于制造量子電路的通用量子門。實(shí)際上，門的效率不是100％；每個門的輸出始終存在一個誤差，并且該誤差無法消除，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，計算達(dá)到最大效率的門的數(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：“我們重復(fù)了尼爾森的最初研究，結(jié)果證明門數(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)化問題。他說：“我們的計算表明，最小門的數(shù)量確實(shí)隨體積而變化。”

令人驚訝的是，他們的研究結(jié)果似乎也將效率優(yōu)化問題與弦論聯(lián)系起來，弦論是一個著名的想法，試圖結(jié)合重力和量子物理學(xué)來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。他們還在開發(fā)描述量子電路集合的方法，以計算某些實(shí)驗(yàn)量，而這些實(shí)驗(yàn)量在理論上無法使用現(xiàn)有方法進(jìn)行模擬。
（責(zé)任編輯：fqj）