8、量子软件开发全生命周期解析

量子软件开发全生命周期解析

1. 量子 - 经典拆分

1.1 量子应用拆分

量子 - 经典拆分旨在决定量子应用的哪些部分在量子计算机上执行，哪些在经典计算机上执行。对于量子部分，还需确定使用基于门的量子计算机还是量子退火器。拆分依据前一阶段的需求，评估哪些部分存在合适的量子算法，并验证非功能需求能否由量子程序结合可用量子计算机的能力来满足。此任务复杂、耗时且易出错，可由量子专家基于知识和经验完成，也可通过基于模式、最佳实践或其他量子应用的溯源数据的推荐系统实现自动化或提供支持。

1.2 量子工作流拆分

在量子工作流生命周期中，也会进行类似的拆分。目标是确定工作流模型中的哪些活动采用经典方式实现，哪些需要执行量子算法或程序。为此，提出了工作流语言的相应扩展，提供用于执行量子电路以及常见的预处理和后处理任务的显式建模结构。

1.3 量子电路拆分

量子电路生命周期中的拆分是最细粒度的。它从问题描述开始，决定使用纯量子算法还是混合量子算法。例如，在寻找特征值问题中，可以选择量子相位估计（QPE）作为纯量子算法，或变分量子特征求解器（VQE）作为混合算法。

2. 架构与设计

架构与设计阶段利用前一阶段得到的量子和经典部分，概念化出一个架构，并指定相应软件组件的功能和接口。然后，细化不同软件组件的内部结构，如使用的数据结构。最终描述应提供足够细节，以便在下一阶段实现各个组件。可以使用统一建模语言（UML）进行指定，该语言存在量子计算的扩展。

3. 实现

此阶段基于前几个阶段的需求和设计实现量子应用，包括开发不同的软件构件。进入经典程序