4、云端近期量子计算的相关性：人文学视角

云端近期量子计算的相关性：人文学视角

1 引言

量子计算已发展到需软件界关注的阶段，未来几年内，经典技术难以解决的问题将变得易于处理。如今，量子计算机已面向商业应用，像亚马逊、IBM、微软和Rigetti等众多供应商通过云端提供量子计算机的使用途径。

不过，当下的量子计算机容易出错，存储的状态不稳定且易快速衰减（退相干），操作也不够精确（门保真度问题）等，因此它们是“有噪声的”，且规模处于“中等”，被称为有噪声中等规模量子（NISQ）计算机。为了在NISQ机器上可靠地执行量子算法，算法规模必须受限。

基于此，整体算法常为混合式，部分在量子计算机上运行，部分在经典计算机上运行。在量子计算机上执行的部分要足够快以产生可靠结果，经典计算机上执行的部分则分析结果、计算量子部分的新参数并传递给量子部分，通常是一个包含经典预处理、量子处理和经典后处理的迭代过程。

这种经典与量子部分的迭代表明，云是执行量子应用的坚实基础，因为它既提供经典环境，也提供量子计算机。NISQ计算机的可行应用包括药物发现或材料科学中的分子模拟、机器学习的多个领域以及优化问题的解决等。

2 编程模型

2.1 量子寄存器

量子计算最基本的概念是量子比特（qubit）。经典比特在某一时刻只能取0或1，而量子比特|x⟩是这两个值的任意组合：|x⟩ = α · |0⟩ + β · |1⟩ 。这种叠加是量子计算强大能力的来源之一。

量子比特的实际值通过测量确定，|α|² 和 |β|² 分别是测量后得到经典值“0”或“1”的概率，且 |α|² + |β|² = 1。

如同经典计算机中将比特组合成寄存器，量