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将追究其相关法律责任。量子计算以量子比特为基本单元,利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算,能在某些计算复杂问题上提供指数级加速,是未来计算能力跨越式发展的重要方向。近年来,国内外量子计算处理器呈现并行发展态势,量子比特数、逻辑门保真度等关键性能指标逐步提升。与此同时,量子计算软件作为连接使用者与量子计算硬件处理器的关键纽带,也在保持同步发展,其与量子计算硬件处理器相结合,可为科学研究和行业应用提供有力支持。
量子软件开发工具链涉及量子汇编语言、量子中间表示和高级量子程序设计语言等,其中量子汇编语言、量子中间表示作为面向量子计算硬件处理器的底层软件,是现阶段研发重点,国内外科技巨头及量子初创企业争相布局。为深入了解量子汇编语言和量子中间表示的最新进展,分析其未来发展趋势,联盟组织研究编写了《量子汇编语言和量子中间表示发展白皮书》,旨在为业界知悉相关前沿进展提供一定参考。
编制单位:华为技术有限公司、中国信息通信研究院、北京中科弧光量子软件技术有限公司、国开启科量子技术(北京)有限公司、中国科学技术大学、上海图灵智算量子科技有限公司、广东国腾量子科技有限公司、本源量子计算科技(合肥)股份有限公司
编写组:翁文康、刘武新、崔江煜、徐旭升、张凯、邹作恒、罗茂林、李钦、姚飞、张萌、付祥、楼华哲、陈敬伟、梁福田、施恺然、邓芮、谢欢文、吴湘宁、窦猛汉、方圆(一)量子计算
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,科学家和工程师正全力研究发展新的计算技术,推动算力发展。量子计算以量子比特为基本计算单元,利用量子叠加等原理实现并行计算,能在某些计算困难问题上提供指数级加速,是未来计算能力实现跨越式发展的重要方向。
当前,量子计算正处于发展初期阶段,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并行发展,开放竞争,技术路线尚未收敛。随着量子计算硬件平台逐渐进入具有百位量子比特的中规模含噪声量子(Noisy Intermediate-Scale Quantum,NISQ处理器时代,基于NISQ样机开展应用研究探索已成为产业界和行业用户的共同目标。近年来,量子计算应用聚焦组合优化、量子模拟、量子人工智能等多类问题展开探索。量子组合优化通过利用量子算法在大量可能方案中更高效准确的找到最佳方案,具体可用于金融投资组合、金融衍生品定价、物流优化、旅行商问题等问题。量子模拟运用人工可控的量子系统模拟另外一个量子系统的性质和演化规律,应用范围涵盖基础物理研究、生命科学、制药、化工等多个领域。量子人工智能将量子计算与人工智能相结合,在处理大数据模型时具备潜在的加速优势,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。
量子应用在量子计算机上的执行需要借助特定的量子算法来实现。当前,实现量子算法的一种主要的方式是数字量子计算(Digital Quantum Computing),它与基于数字逻辑门的经典计算机
类似,根据具体的量子芯片处理器底层架构,构建了一套通用量子逻辑门操作(简称为“量子门”)。可以证明,特定的量子门集合能够满足图灵完备性,可以完成通用的量子计算任务。量子计算机在执行量子算法之后,返回的是量子态。为了获得具体的量子态信息,我们还需要执行量子测量操作。根据量子力学基本原理,测量后的量子态会发生塌缩,单次测量会得到确定的状态输出。通过重复制备相同的量子态,进行多次测量,可以统计出不同状态的概率,获得更具体的量子态信息。量子计算机的输出结果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,按照特定的顺序进行编排,可以构建出量子线路,实现一些常见的通用量子算法,如Deutsch算法、Shor算法和
Grover算法等。
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