量子计算-超导国家重点室

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超导量子计算超导量子计算是一种利用超导体材料来进行量子计算的新兴领域。

随着科技的不断发展，人们对于超导量子计算的研究也越来越深入。

本文将从超导量子计算的基本原理、应用前景以及现阶段的挑战等方面进行探讨。

超导量子计算的基本原理是利用超导体的特殊性质来实现量子比特的存储和操作。

超导体是指在低温下电阻为零的材料，它们能够表现出超导态，即电流可以在其中无阻力地流动。

这种无阻力的电流被称为超流。

超导体材料中的电子可以形成一种称为库伯对的配对态，这种配对态可以用来表示量子比特。

量子比特不同于经典比特，它可以同时处于0和1两种状态，这种特性被称为叠加态。

通过对量子比特的叠加态进行操作，可以实现并行计算，从而大大提高计算效率。

超导量子计算的应用前景非常广阔。

首先，超导量子计算可以在密码学领域发挥重要作用。

量子计算的特殊性质使得它具有破解传统加密算法的能力，因此可以用于研发更加安全的加密技术。

其次，超导量子计算还可以在材料科学和化学领域进行模拟计算。

许多复杂的材料和化学反应很难用传统计算方法进行模拟，而量子计算可以提供更加准确的模拟结果。

此外，超导量子计算还可以在优化问题和机器学习等领域发挥重要作用。

然而，超导量子计算目前还面临许多挑战。

首先，超导量子比特的制备和操作非常困难。

超导体材料需要低温环境才能表现出超导态，而低温环境对设备和实验条件提出了很高的要求。

其次，超导量子计算需要处理大量的噪声和误差。

由于量子比特的叠加态非常脆弱，很容易受到外界干扰而失去叠加态，这就导致了计算的错误。

此外，超导量子计算的规模还比较有限，目前只能实现少量量子比特的计算。

为了克服这些挑战，科研人员正在努力寻找更加稳定的超导体材料和更高效的量子比特操作方法。

同时，他们还在研究如何有效地纠正计算中产生的错误，以提高计算的可靠性。

此外，还有一些研究者致力于开发新的量子计算架构和算法，以进一步提高超导量子计算的性能。

总的来说，超导量子计算是一项非常有前景的研究领域，它有望在未来的科学和技术发展中发挥重要作用。

量子计算国内外发展现状1、量子计算简介2020年10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。

习近平总书记发表重要讲话，为当前和今后一个时期我国量子科技发展做出重要战略谋划和系统布局。

以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术作为量子科技领域的重要组成部分,将为推动基础科学研究探索、信息通信技术演进和数字经济产业发展注入新功能。

量子计算是量子力学与计算机科学相结合的一种通过遵循量子力学规律、调控量子信息单元来进行计算的新型计算方式。

它以量子比特为基本单元,具有量子叠加、纠缠的特性。

并且，通过量子态的受控演化，量子计算能够实现信息编码和计算存储,具有经典计算技术无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。

2、量子计算相关政策2.1国际量子计算相关政策（1）美国2016年，美国国家科学和技术委员会（NSTC）公布《推进量子信息科学：国家挑战与机遇》。

2020年8月，美国白宫科技政策办公室、美国国家科学基金会（NSF）和美国能源部共同宣布将在未来五年内建立12个多学科、多部门的国家中心，其中包含5个量子信息科学中心（图1）。

2021年美国白宫公布了《国家安全战略中期指导方针》，指出量子计算机和1人工智能会给经济、军事、就业、经济差距问题带来广泛影响。

同时，美国公布了《人工智能与量子信息科学研发摘要：2020-2021财年》,美国在人工智能和量子信息科学领域的预算增加了30%o•研究主体：阿贡国家实验室•嘛茂定位：科学创新，建立量子智能员工队伍，创建量子标准,图1.美国建立的五个量而言息科学中心简介(2)欧洲欧盟2016年推出"量子宣言〃旗舰计划，将在未来十年投资10亿欧元,支持量子计算、通信、模拟和传感四大领域的研究和应用推广。

2019年7月欧盟10国签署量子通信基础设施(QQ)声明，探讨未来十年在欧洲范围内将量子技术和系统整合到传统通信基础设施之中。

量子计算机量子计算机处理器量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。

当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。

研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

量子计算机量子计算机，早先由理查德·费曼提出，一开始是从物理现象的模拟而来的。

可他发现当模拟量子现象时，因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大，一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观，甚至是不切实际的天文数字。

理查德·费曼当时就想到，如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，则运算时间可大幅度减少。

量子计算机的概念从此诞生。

2量子计算机，或推而广之——量子资讯科学，在1980年代多处于理论推导等纸上谈兵状态。

一直到1994年彼得·秀尔（Peter Shor）提出量子质因子分解算法后，因其对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁之后，量子计算机变成了热门的话题。

除了理论之外，也有不少学者着力于利用各种量子系统来实现量子计算机。

半导体靠控制集成电路来记录和运算信息，量子电脑则希望控制原子或小分子的状态，记录和运算信息。

图2：布洛赫球面乃一种对于二阶量子系统之纯态空间的几何表示法，是建立量子计算机的基础。

20世纪60年代至70年代，人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热，极大地影响了芯片的集成度，从而限制了计算机的运行速度。

研究发现，能耗来源于计算过程中的不可逆操作。

那么，是否计算过程必须要用不可逆操作才能完成呢？问题的答案是：所有经典计算机都可以找到一种对应的可逆计算机，而且不影响运算能力。

既然计算机中的每一步操作都可以改造为可逆操作，那么在量子力学中，它就可以用一个幺正变换来表示。

早期量子计算机，实际上是用量子力学语言描述的经典计算机，并没有用到量子力学的本质特性，如量子态的叠加性和相干性。

获国家级奖的QC成果引言量子计算（Quantum Computing）是一种利用量子力学原理来进行信息处理和计算的新型计算模型，具有在某些问题上能够实现比传统计算机更快速和更高效的优势。

量子计算作为一项前沿技术，吸引了全球范围内的科学家和研究机构的关注。

在我国，也有一些科研机构和学者专注于量子计算的研究，并取得了一些重要的成果。

其中，一些成果甚至获得了国家级奖励，对于推动我国在量子计算领域的发展起到了重要的推动作用。

本文将介绍一些获得国家级奖的QC （Quantum Computing）成果。

背景量子计算是基于量子力学原理的计算理论和技术，相较于传统计算机的二进制位，量子计算机使用的是量子位（Qubit），可以同时处于多种可能状态，从而可以并行执行一些计算任务，从而提升计算效率。

量子计算的发展受到了许多挑战，如量子比特的稳定性、量子纠缠的保持等，但在过去的几十年间，科学家们在这一领域取得了许多重要的突破。

获得国家级奖的QC成果成果一：量子计算模拟器该成果是由某某大学的量子计算团队研发的一款量子计算模拟器，该模拟器能够模拟包括量子纠缠和量子随机游走等复杂的量子计算过程。

通过使用该模拟器，研究人员能够更好地理解量子计算的原理和特性，为进一步的研究提供了重要的工具。

这个成果在国内外学术界产生了广泛的影响和应用，获得了国家自然科学奖。

成果二：量子计算机双重拓扑保护该成果是由某某研究所的科学家团队研发的一种新型的量子计算机拓扑结构，通过在物理上实现双重拓扑保护，可以有效地减少量子比特的错误率，提高量子计算机的稳定性和可靠性。

这项成果在国际上属于前沿水平，在国家科技进步奖中获得了特等奖，对于我国在量子计算领域的发展具有重要意义。

成果三：量子优化算法该成果是由某某大学的研究团队研发的一种新型的量子优化算法，能够针对一些复杂的优化问题，在更短的时间内找到最优解。

该算法通过充分利用量子计算机的并行计算能力，具有较好的效果和应用前景。

“量⼦调控与量⼦信息”重点专项“量⼦调控与量⼦信息”重点专项2018年度项⽬申报指南“量⼦调控与量⼦信息”重点专项的总体⽬标是瞄准我国未来信息技术和社会发展的重⼤需求，围绕量⼦调控与量⼦信息领域的重⼤科学问题和瓶颈技术，开展基础性、战略性和前瞻性探索研究和关键技术攻关，产⽣⼀批原创性的具有重要意义和重要国际影响的研究成果，并在若⼲⽅⾯将研究成果转化为可预期的具有市场价值的产品，为我国在未来的国际战略竞争中抢占核⼼技术的制⾼点打下坚实基础。

本专项⿎励和倡导原始创新，并积极推动应⽤研究，⼒争在新原理原型器件等⽅⾯取得突破，向功能化集成和实⽤化⽅向推进。

量⼦调控研究的⽬标是认识和了解量⼦世界的基本现象和规律，通过开发新材料、构筑新结构、发现新物态以及施加外场等⼿段对量⼦过程进⾏调控和开发，在关联电⼦体系、⼩量⼦体系、⼈⼯带隙体系等重要研究⽅向上建⽴突破经典调控极限的全新量⼦调控技术。

量⼦信息研究的⽬标是在量⼦通信的核⼼技术、材料、器件、⼯艺等⽅⾯突破⼀系列关键瓶颈，初步具备构建空地⼀体⼴域量⼦通信⽹络的能⼒，实现量⼦相⼲和量⼦纠缠的长时间保持和⾼精度操纵，实现可扩展的量⼦信息处理，并应⽤于⼤尺度的量⼦计算和量⼦模拟以及量⼦精密测量。

“量⼦调控与量⼦信息”重点专项将部署6个⽅⾯的研究任务：1.关联电⼦体系；2.⼩量⼦体系；3.⼈⼯带隙体系；4.量⼦通信；5.量⼦计算与模拟；6.量⼦精密测量。

2016-2017年，量⼦调控与量⼦信息重点专项围绕以上主要任务，共⽴项⽀持55个研究项⽬（其中青年科学家项⽬16项）。

根据专项实施⽅案和“⼗三五”期间有关部署，2018年，量⼦调控与量⼦信息重点专项将围绕关联电⼦体系、⼩量⼦体系、⼈⼯带隙体系、量⼦通信、量⼦计算与模拟以及量⼦精密测量等⽅⾯继续部署项⽬，拟优先⽀持12个研究⽅向，同⼀指南⽅向下，原则上只⽀持1项，仅在申报项⽬评审结果相近，技术路线明显不同，可同时⽀持2项，并建⽴动态调整机制，根据中期评估结果，再择优继续⽀持。

安徽加快推进量子信息科学国家实验室创建佚名【期刊名称】《安徽科技》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】1页(P15)【正文语种】中文量子信息科学是具有战略性、前瞻性和基础性的新兴科技创新领域，我国在该领域多个研究方向上处于国际领先地位，中国科学技术大学具有国际水准的量子信息科学研究团队，在量子通信和量子计算机等领域产生了一批世界前沿和原创性的重大科技成果。

在科技部的支持下，安徽将争创量子信息科学国家实验室作为合肥综合性国家科学中心建设的重要基石，高位推进量子信息科学国家实验室建设，明确将量子信息科学国家实验室创建工作作为全省科技创新的“一号工程”，着力搭架构、建项目、聚人才、创机制，高起点开局、高标准推进，积极打造原始创新的策源地，在各方的共同努力下，推动中科院量子信息与量子科技创新研究院建设取得重要成果，为我国保持量子信息科技领域领先优势奠定了坚实基础。

一、建立健全组织架构安徽省成立了高规格的量子信息科学国家实验室创建领导小组，省委书记、省长担任双组长，常务副省长担任常务副组长，下设创建推进办公室，省科技厅厅长任办公室主任，合肥市、中国科学技术大学等单位均设立了专门工作协调推进机构。

根据国家实验室的体制机制和运行模式，2017年7月，中科院量子信息与量子科技创新研究院揭牌运行，明确其致力于发展成为量子信息与量子科技领域中国特色国家实验室的基础和主体。

中科院量子信息与量子科技创新研究院实行理事会领导下的院长负责制，采取“核心+网络”的组织模式，在合肥设立总部，在北京、上海设立分部，并通过与国内其他优秀团队组建联合实验室等方式，整合中科院量子科技领域的优势研究力量，统筹全国高校、科研院所和相关企业的创新要素，为组建量子信息科学国家实验室创造条件、奠定基础。

二、系统谋划建设路径按照与科技创新2030—重大项目“量子通信与量子计算机”一体化设计、统筹实施的思路，编制了量子信息科学国家实验室组建方案。