优化量子电路的效率

时间:2020-04-06 18:35 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

优化量子电路的效率

量子电路是量子计算机的基石,它利用量子力学效应来执行任务。它们比当今电子设备中的经典电路速度快得多,精度也高得多。然而,在现实中,没有一个量子电路是完全没有错误的。最大限度地提高量子电路的效率是世界各地科学家的兴趣所在。

印度科学研究所(IISc)的研究人员现在用数学模拟来解决这个问题。他们设计了一种算法来明确计算所需计算资源的数量,并对其进行优化以获得最大的效率。

“我们能够(从理论上)建造最高效的电路,并降低一个巨大因素所需的资源数量,”IISc高能物理中心(Centre for High Energy Physics)副教授、《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表的那篇论文的通讯作者阿琳达?辛哈(Aninda Sinha)表示。研究人员还认为,这是量子电路所能达到的最大效率。

优化量子电路的效率在各个领域都是有用的,特别是量子计算。量子计算机不仅会比传统计算机提供更快、更准确的结果,而且也更安全——它们不会被黑客攻击,这使得它们在防范数字银行欺诈、安全漏洞和数据盗窃方面非常有用。它们还可以用来处理复杂的任务,如优化交通问题和模拟金融市场。

经典电路由通用逻辑门(如NAND和NOR门)组成,每个门对输入进行预先定义的操作以产生输出。

类似地,有制造量子电路的通用量子门。实际上,这些门的效率不是100%;每个门的输出总是有一个相关的错误。这个错误是无法消除的;辛哈的博士生Pratik Nandy说,他也是这篇论文的作者之一。

最有效的电路不会使输出误差最小化;相反,它最小化了获得相同输出所需的资源。“所以问题归结为:给定一个净误差容忍度,构建一个量子电路所需的最小盖茨数是多少?”

由Michael Nielsen的一项研究,2006年前在昆士兰大学的教员,表明计算盖茨的数量达到最大效率相当于找到路径与两点之间最短的距离在某些数学空间体积V . 2016年的另一项研究认为,这个数字应该变化直接与V。

“我们回到尼尔森最初的工作,结果是他的门数不随V变化,而是随V2变化,”Sinha说。他和他的团队概括了研究的假设,并引入了一些修改来解决优化问题。他说:“我们的计算结果显示,最小的栅极数量确实与容量成正比。”

令人惊讶的是,他们的结果似乎也将效率优化问题与弦理论联系在了一起。弦理论是一个著名的理论,试图将引力和量子物理学结合起来来解释宇宙是如何运行的。辛哈和他的团队相信,这种联系可以被证明在帮助科学家解释涉及引力的理论方面是有帮助的。他们还打算开发一种方法来描述一组量子电路,以计算某些现有方法无法在理论上模拟的实验量。

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