由信息和系统研究组织 使用建议的方法压缩初始体积为882的电路
缩小后的电路体积为420，不到原来体积的一半
学分:国家信息学研究所 对任何实际的、真实世界的量子计算机来说，一个主要的技术挑战来自于需要大量的物理量子位来处理计算过程中积累的错误
这种量子纠错是资源密集型且计算耗时的
但是研究人员已经找到了一种有效的软件方法，能够显著压缩量子电路，降低对硬件开发的要求
量子计算机可能离商业现实还很远，但所谓的“量子优势”——量子计算机比经典计算机计算速度快数百或数千倍的能力——在早期的原理证明实验中，确实是在所谓的高噪声中间尺度量子设备上实现的
不幸的是，国家检验检疫局的设备在运行过程中仍然容易出现大量的错误
要想在现实世界中应用量子优势，就需要设计一个具有高容错能力的、完全可操作的大规模量子计算机
目前，NISQ设备可以设计成大约100个量子位，但容错计算机至少需要数百万个物理量子位，才能以足够低的错误率编码逻辑信息
量子计算电路的容错实现不仅使量子计算机更大，而且运行时间也延长了几个数量级
延长的运行时间本身又意味着计算更容易出错
虽然硬件方面的进步可能解决这一资源缺口，但日本国家信息学研究所(NII)和日本电报电话公司(NTT)的研究人员通过压缩大规模容错量子计算机中的量子电路，从软件开发方面解决了这一问题，有可能减少硬件改进的需求
“通过压缩量子电路，我们可以减小量子计算机的尺寸和运行时间，从而降低对错误保护的要求，”NII大学的研究员迈克尔·汉克斯说，他是11月11日发表在《物理评论十》上的一篇论文的作者之一
大规模量子计算机体系结构依赖于纠错码来正常运行，其中最常用的是表面码及其变体
研究人员专注于这些变体之一的电路压缩:三维拓扑代码
该代码对于分布式量子计算机方法表现得特别好，并且对不同种类的硬件具有广泛的适用性
在三维拓扑代码中，量子电路看起来像交错的管子或管道，通常被称为“编织电路”
编织电路的三维图可以被操作来压缩，从而减小它们所占的体积
到目前为止，挑战在于这种“管道操纵”是以一种特别的方式执行的
此外，如何做到这一点只有部分规则
“以前的压缩方法不能保证最终的量子电路是否正确，”合著者、NII大学的研究员玛尔塔·埃斯塔雷拉说
“每次应用这些压缩规则时，都必须非常小心地检查其正确性
这是一个重要的问题，因为这样的任务和运行整个量子电路一样困难
" 研究小组建议使用ZX微积分作为编译中间阶段的语言
ZX微积分是一种二维图解语言(使用图表和图像代替文字)，在2000年代后期开发，明确允许量子位过程的直观表示
更重要的是，它附带了一套完整的操作规则
在他们的论文中，研究人员通过发现ZX微积分和编织电路组件之间的转换关系来利用ZX微积分
研究人员已经表明，逻辑门电路的这两种表示可以通过识别一直隐藏在ZX演算中的新解释来相互映射
ZX演算语言可以应用一组变换规则来改变电路的结构，而不改变其潜在的数学意义(以及其操作)，从而确保其正确性
通过仔细改变概念结构，电路的体积可以最小化，一旦这个新结构被映射到实际的编织量子电路，就可以获得相当大的压缩率
应用这种技术，研究人员报告说压缩减少了77%，相当于以前最好的努力减少了40%
“压缩方法和它的进一步发展可以提前几年实现真实世界的容错量子计算机，”威廉·J
NTT大学的研究科学家芒罗也为这项研究做出了贡献
“有趣的是，它也可能是未来操作系统开发的基础，”NII量子信息科学全球研究中心主任奈本说
“在完全可扩展的量子计算机中实现这些软件开发仍然需要很多年，但同时我们的方法可以节省大量与硬件开发相关的工作
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