量子通道实现的成本优化：微云全息（NASDAQ: HOLO)的多模型 C-NOT 门计数研究

2026-02-10 11:22:15 同壁财经

新闻摘要

量子通道作为量子信息处理中描述量子态变换的核心概念，其高效实现是量子计算与量子通信领域的关键课题。在量子电路设计中，操作成本的量化与优化直接影响量子系统的可行性——由于单量子位门可通过激光脉冲等成熟技术低成本实现，受控非门作为两量子位纠缠操作，因实现难度大、误差率高，其数量成为衡量量子通道实现成本的核心指标。第一个模型为量子电路模型，其基础架构由单量子位门与C-NOT门的有序序列构成，允许量子位在门序列末尾进行重新排列

量子通道作为量子信息处理中描述量子态变换的核心概念，其高效实现是量子计算与量子通信领域的关键课题。在量子电路设计中，操作成本的量化与优化直接影响量子系统的可行性 —— 由于单量子位门可通过激光脉冲等成熟技术低成本实现（通常视为 “免费”），受控非（C-NOT）门作为两量子位纠缠操作，因实现难度大、误差率高，其数量成为衡量量子通道实现成本的核心指标。

微云全息（NASDAQ: HOLO)针对量子通道的低成本实现展开深入研究，通过构建多模型量子电路框架，揭示了 C-NOT 门计数的优化边界，为高效量子通道设计提供了理论支撑。量子通道的电路分解是将抽象的量子态变换转化为具体量子门序列的过程，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。微云全息提出的三种量子电路模型（QCM、RandomQCM、MeasuredQCM）从操作自由度逐步扩展的角度，构建了层次化的研究框架。

第一个模型为量子电路模型（QCM），其基础架构由单量子位门与 C-NOT 门的有序序列构成，允许量子位在门序列末尾进行重新排列。这一模型通过严格的门操作顺序与量子位路由，确保量子通道的确定性实现，但其自由度受限，仅依赖内部量子态演化完成变换。第二个模型（RandomQCM）在 QCM 基础上引入外部经典随机性，允许在门序列设计中引入概率性操作 —— 例如通过经典随机数控制部分门的选择或量子位的路由，这一扩展为降低 C-NOT 门计数提供了新的自由度，尤其在处理概率性量子通道时展现出优势。第三个模型（MeasuredQCM）进一步引入测量操作与条件控制，允许在电路执行过程中对量子位进行测量，并根据测量结果动态调整后续操作，这种 “测量 - 反馈” 机制显著提升了电路的灵活性，为复杂量子通道的简化分解创造了可能。

微云全息对三种模型下 C-NOT 门数量下限的严格证明,通过量子信息论中的纠缠熵分析与电路复杂度理论，微云全息证明：对于从 m 个量子位到 n 个量子位的任意量子通道，其电路分解的 C-NOT 门数量存在基础下限，该下限由通道的纠缠能力与量子位维度共同决定。例如，对于需保持量子态全纠缠特性的通道，其 C-NOT 门数量下限与 m、n 的乘积呈正相关；而对于局部可分解的通道，下限可显著降低。

在证明下限的基础上，团队针对几乎所有实用场景，给出了接近最佳的电路分解方案。在 QCM 中，通过优化单量子位门的组合顺序与量子位路由策略，使 C-NOT 门数量控制在理论下限的 1.5 倍以内；在 RandomQCM 中，利用经典随机性对门序列进行概率性优化，进一步将差距缩小至 1.2 倍；而在 MeasuredQCM 中，借助测量操作带来的经典信息反馈，实现了对高复杂度通道的 “精简分解”，多数场景下 C-NOT 门数量可逼近理论下限。

微云全息的研究为量子电路设计提供了全新的优化思路，其核心价值不仅在于给出具体的 C-NOT 门计数结果，更在于建立了 “测量 - 经典反馈 - 量子操作” 融合的电路设计范式。该范式打破了传统量子电路仅依赖幺正操作的局限，通过引入经典信息的动态调控，大幅提升了量子通道实现的资源效率。

当然，这一方案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，需精确控制测量时序以避免破坏关键量子信息；同时，条件操作对经典控制逻辑的实时性要求较高，可能增加系统工程实现的复杂度。但随着量子测量技术与经典 - 量子接口设计的进步，这些问题有望逐步解决。