用该方法压缩初始容量为882的电路。经过简化的电路体积为420，不到原电路体积的一半。

对于任何实际的、真实的量子计算机来说，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。这样的量子错误修正是资源密集型的，计算起来很耗时。但研究人员已经找到了一种有效的软件方法，可以对量子电路进行大量压缩，从而减轻对硬件开发的要求。

量子计算机可能仍远未达到商业现实，但是所谓的“量子优势”（即量子计算机的计算能力比传统计算机快数百或数千倍）实际上是在所谓的“有噪声的中间件”（早期原理验证实验中的Scale Quantum（NISQ）设备。）上实现的。

不幸的是，NISQ设备在运行过程中仍然容易产生大量的错误。为了实现量子优势在现实世界的任何应用，需要设计一种具有高容错能力、完全运行的大规模量子计算机。目前，NISQ设备可以设计出大约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对逻辑信息进行编码。量子计算电路的容错实现不仅使量子计算机更大，而且运行时间延长了几个数量级。而延长的运行时本身则意味着计算更容易出错。

尽管硬件方面的进步可能解决了这一资源缺口，但是日本国立信息学研究所（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的量子电路从软件开发方面解决了该问题。潜在地减少了对硬件改进的需求。

NII的研究人员，2020年11月11日发表在《物理评论X》(Physical Review X)上的一篇论文的作者之一迈克尔·汉克斯（Michael Hanks）说：“通过压缩量子电路，我们可以减小量子计算机的尺寸及其运行时间，从而减少对错误保护的要求。”

大规模量子计算机体系结构依赖于纠错码来正常工作，最常用的是表面码及其变体。

研究人员专注于其中一种变体的电路压缩:三维拓扑代码。这个代码对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道，通常被称为“编织电路”。编织电路的三维图可以通过操纵来压缩，从而减少它们所占的体积。到目前为止，挑战在于这种“管道操作”是以一种特别的方式执行的。此外，关于如何做到这一点，目前只有部分规则。

NII的研究员玛塔·埃斯塔里拉斯（Marta Estarellas）说：“以前的压缩方法不能保证所得的量子电路是否正确。每次应用这些压缩规则时，必须非常仔细地检查它的正确性。这是一个重要的问题，因为这样的任务就像运行整个量子电路一样困难。”

研究小组建议使用ZX-calculus作为中间编译阶段的语言。ZX-calculus是一种2D图表语言(使用图表和图像而不是文字)，开发于2000年代后期，旨在直观地表示量子位过程。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演算与编织电路组件之间的平移关系来利用ZX演算。研究人员表明，通过识别一直隐藏在ZX演算中的新解释，可以将逻辑门电路的这两种表示形式相互映射。

ZX-calculus语言可以应用一组转换规则来改变电路的结构，而不会改变电路的底层数学含义(以及它的操作)，从而确保电路的正确性。通过仔细改变这个概念结构，电路的体积可以最小化，一旦这种新结构映射到实际的编织量子电路上，就可以实现相当大的压缩率。

研究人员报告说，采用这种技术后，压缩率降低了77％，与以前的最佳努力相比，降低了40％。

NTT的研究科学家威廉·j·芒罗(William J. Munro)也参与了这项研究，他说:“这种压缩方法及其进一步的发展，可能会使现实世界的容错量子计算机的实现提前数年。”

NII量子信息科学全球研究中心主任Kae Nemoto表示：“有趣的是，它也可能成为未来操作系统开发的基础。要在完全可扩展的量子计算机中实施这些软件开发，仍可能需要很多年，但与此同时，我们的方法可以节省与硬件开发相关的大量工作。”