43、量子计算、机器学习与人工智能的融合探索

量子计算、机器学习与人工智能的融合探索

1. 量子计算机系统的一般结构

量子计算机系统的设计几乎每个部分都与众不同，这主要是因为量子效应通常需要组件在接近绝对零度的条件下运行。在正常温度下，计算机结构中原子的热运动性会给量子计算机组件带来问题，因此必须使用量子纠错技术来消除故障。但如果不将组件冷却到比绝对零度高几千分之一度（-273.15°C 或 0 K）的温度，错误累积的速度会使纠错变得不切实际，通常需要将量子比特（qubit）维持在约 15 mK 的温度。

量子计算机需要基于约瑟夫森结的传统超导电子设备的辅助，这些设备在 4 K 的温度下运行，大约是氦的沸点温度。在量子计算系统的总体设计中，用户与传统计算机进行交互。经典计算机可以将用户的问题转化为量子计算机的标准形式，如二次无约束二进制优化（QUBO），或者根据需要转化为新的形式。在接收到来自量子比特测量的信息后，传统计算机会为低温环境中的量子比特创建控制信号。为了减少通过布线经低温梯度向环境温度的热传递，一些经典电子设备会被放置在寒冷的环境中。

1.1 量子计算机系统运行流程

graph LR
    A[用户问题] --> B[经典计算机转化问题形式]
    B --> C[量子计算机处理]
    C --> D[测量量子比特获取信息]
    D --> E[经典计算机创建控制信号]
    E --> C

2. 量子软件示例：Qiskit Aqua

2.1 概述

了解市场上的量子软件类型对于理解量子计算机及其模拟