MicroCloud全息公司研究三种量子电路模型以实现量子信道的成本优化

深圳，2025年10月3日（环球新闻社）——科技服务提供商微云全息公司（纳斯达克股票代码：HOLO）（以下简称“HOLO”或“公司”）对量子信道的低成本实现进行了深入研究，通过构建多模型量子电路框架，揭示了C-NOT门数量的优化边界，为高效的量子信道设计提供了理论支撑。量子信道的电路分解是将抽象的量子态变换转化为具体的量子门序列的过程，其核心挑战在于在保证功能正确性的前提下，最小化C-NOT门的使用数量。HOLO提出的三种量子电路模型（QCM、RandomQCM、MeasuredQCM）从逐步扩展操作自由度的角度构建了层次化的研究框架。

第一个模型是量子电路模型（QCM），其基本结构由单量子比特门和C-NOT门的有序序列组成，允许在门序列末尾重新排序量子比特。该模型通过严格的门操作序列和量子比特路由确保量子信道的确定性实现，但其自由度有限，仅依靠内部量子态演化完成变换。第二个模型（RandomQCM）在QCM的基础上引入了外部经典随机性，允许在门序列设计中进行概率操作，例如，通过经典随机数控制某些门的选择或量子比特路由。这种扩展为减少C-NOT门的数量提供了新的自由度，尤其在处理概率量子信道方面展现出优势。第三个模型（MeasuredQCM）进一步融合了测量操作和条件控制，允许在电路执行过程中测量量子比特，并根据测量结果动态调整后续操作。这种“测量-反馈”机制显著增强了电路的灵活性，为简化复杂量子通道的分解创造了可能性。
HOLO利用量子信息论中的纠缠熵分析和电路复杂性理论，对三种模型下C-NOT门数量的下界进行了严格的证明，证明对于任何从m到n个量子比特的量子信道，其电路分解所需的C-NOT门数量存在一个基本下界。该下界由信道的纠缠容量和量子比特维数共同决定。例如，对于需要保持量子态完全纠缠特性的信道，C-NOT门数量的下界与m和n的乘积正相关；而对于局部可分解的信道，下界可以显著降低。
在证明下界的基础上，团队针对几乎所有实际场景给出了近优的电路分解方案。在QCM中，通过优化单量子比特门的组合序列和量子比特路由策略，将C-NOT门的数量控制在理论下界的1.5倍以内。在RandomQCM中，利用经典随机性对门序列进行概率优化，进一步将差距缩小至1.2倍。在MeasuredQCM中，利用测量操作的经典信息反馈，实现了高复杂度通道的“简化分解”，在大多数情况下，C-NOT门的数量接近理论下界。

HOLO的研究为量子电路设计提供了一种新的优化方法，其核心价值不仅在于提供了具体的C-NOT门数结果，更在于建立了一种融合“测量-经典反馈-量子操作”的电路设计范式。该范式突破了传统量子电路单纯依赖幺正操作的局限性，通过经典信息的动态调控，显著提升了量子信道实现的资源效率。
当然，这种方法在实际应用中仍面临挑战：MeasuredQCM中的测量操作会引入量子态坍缩，需要精确控制测量时序以避免关键量子信息的破坏；同时，条件操作对经典控制逻辑的实时性要求较高，这可能会增加系统工程实现的复杂性。不过，随着量子测量技术和经典-量子接口设计的进步，这些问题有望逐步得到解决。
综上所述，HOLO通过对三种量子电路模型的系统研究，明确了量子信道实现的C-NOT门代价边界。特别是MeasuredQCM的高效分解方案，为低资源量子信道设计提供了理论基础，推动了量子计算从实验室走向实际应用的进程。

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