摘要：量子计算有望加速解决经典计算难以解决的问题,如质因子分解、量子化学模拟等.已有单个量子系统可集成大于50个含噪声的固态量子比特,并在特定的计算任务上超越了经典计算机,标志含噪中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)计算时代的到来.随着人们可在单个系统中集成越来越多的量子比特,如何将量子比特与控制硬件、软件开发环境、经典计算资源集成得到完整可用的量子计算系统,是一个有待进一步明确的问题.对比了量子计算与经典计算在控制及执行上的异同,并在此基础上提出了面向NISQ时代的量子-经典异构系统.以一个典型的NISQ算法(迭代相位估计算法)为例,介绍了量子算法从软件描述到硬件执行的整体流程,及与该过程相关的高级程序设计语言、编译器、量子软硬件接口和硬件等.在此基础上,讨论了流程中各个层次在NISQ时代面临的挑战.旨在从工程实现的视角,从宏观层面为读者(尤其是量子计算初学者)介绍量子计算系统,希望可以促进人们对NISQ时代下量子计算系统整体结构的理解,并激发更多相关研究.

摘要：本文介绍了作者设计并实现的一个量子程序设计环境:Q|SI>.Q|SI>是基于.net语言开发的支持量子while扩展语言的平台环境,它包括了一个支持量子while语言的编译器和一套支持量子计算模拟、量子电路优化、量子程序分析和量子程序验证的工具.阐述了如何在经典计算机上通过平台的各个组件和概率算法来模拟量子行为.平台可扩展的架构允许用户在平台上自定义新的功能.同时,编译器是Q|SI>的核心,它内置的分解算法扩展了现阶段的量子硬件功能,使通用量子计算成为了可能,成为连接量子硬件和量子软件的桥梁.