随着社会生产力的发展，人们对高性能计算提出了更高的要求，面对摩尔定律的逐渐失效，科学家和工程师们都在全力研发新的计算技术，以推动算力的发展。 量子计算以量子比特为基本计算单元，利用量子叠加原理实现并行计算，可以为一些计算难度问题提供指数级加速，是未来算力跨越式发展的重要方向。
目前，量子计算正处于发展初期，超导、离子阱、中性原子、光量子、半导体等多种硬件处理器平台正在并行发展，对竞争开放，技术路线尚未融合。 随着量子计算硬件平台逐渐进入具有100位量子比特的嘈杂中级量子（NISQ处理器）时代，基于NISQ原型进行应用研究和探索已成为行业和行业用户的共同目标。 近年来，量子计算应用主要集中在组合优化和量子模拟上。 探讨了量子人工智能和其他类型的问题。 量子组合优化利用量子算法，在大量可能的解决方案中更高效、更准确地找到最佳解，可用于金融投资组合、金融衍生品定价、物流优化、旅行推销员问题等问题。 量子模拟使用人工可控的量子系统来模拟另一个量子系统的性质和演化，其应用涵盖基础物理研究、生命科学、制药和化学工程等多个领域。 量子AI将量子计算与人工智能相结合，在处理大数据模型时具有潜在的加速优势，有望在机器学习、自然语言处理、大数据分析等问题中实现应用价值。
在量子计算机上执行量子应用程序需要特定量子算法的帮助。 目前，实现量子算法的主要途径之一是数字量子计算，它类似于基于数字逻辑门的经典计算机，根据特定量子芯片处理器的底层架构构建一套通用的量子逻辑门操作（简称“量子门”）。 可以证明一组特定的量子门可以满足图灵完备性，并且可以完成一般的量子计算任务。 量子计算机执行量子算法后，会返回量子态。 为了获得特定的量子态信息，我们还需要进行量子测量操作。 根据量子力学的基本原理，被测的量子态会坍缩，一次测量就会产生一定的态输出。 通过反复准备相同的量子态并进行多次测量，可以计算不同状态的概率，获得更具体的量子态信息。 量子计算机的输出通常是不同量子态的概率。 常见的量子门和量子测量门图标如图 1 所示。 基于量子门和量子测量门的集合，按特定顺序排列，可以构造量子电路来实现一些常见的通用量子算法，如多伊奇算法、肖尔算法和格罗弗算法。
*：量子信息网络产业联盟。
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