第３５卷第６期 ２０１４年ｌ２月 国防科技 ＮＡＴｌＯＮＡＬ ＤＥＦＥＮＳＥ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．３５．Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１４ 量子计算的研究现状和发展动向 陈平形 ｒ，吴伟 ，一，吴春旺 ，一，吴俊杰 ，唐玉华 （１．国防科学技术大学高性能计算国家重点实验室，长沙，４１００７３；２．国防科学技术大学理学院，长沙，４１００７３） 【摘 要】 作为未来高性能计算研究的重要方向，量子计算受到了全世界的高度重视。文章简单介绍了量子计算 的基本原理和研究现状，并对量子计算的未来发展作了分析与思考。 【关键词】 高性能计算；量子计算；物理实现；计算模型；量子算法 【中图分类ｃｉｔｅ３０１．６ 【文献标识码】Ａ 【￣］１６７１—４５４７（２０１４）０６—０００３—０４ ＤＯＩ：１０．１３９４３￣．ｉｓｓｎ１６７１—４５４７．２０１４．０６．０２ 一、量子计算的基本原理 生变化。由于１个量子位可以同时处于２个状态． ｎ个量子位可以同时处于２“个状态的叠加．这种 叠加状态可以表示为： 传统计算机提升计算性能主要依赖于提高处 理器芯片的集成度和增加处理器个数。目前芯片 上晶体管的特征尺度已经达到１４ｎｍ，随着晶体管 尺寸的进一步减小．“量子效应”将逐渐显现．晶体 ＩＯ０…Ｏ）＋ｃＩ ｆＯ０…１）＋．．．＋ ・・１） ２”一１ ｉ＝Ｏ 管的不同电子状态可能发生叠加，最终导致晶体 管失效；另一方面，目前传统计算机中处理器已达 数万个，处理器个数的进一步增长将面临功耗墙、 通信墙等一系列问题，传统计算机的性能增长越 来越困难。因此，必须探索全新物理原理的高性能 计算技术，以满足国家对高性能计算能力的进一 步需求。 兰 １０）＋ｑ ｌ１）＋．．・＋Ｃ２ｎ－１ １ ２ 一１）＝∑ ｌ ） 上式类似于多列经典波的相干叠加，其中，ｅ 表示 各个状态的叠加系数，这些数可以是复数，其模的 平方反映了各个状态出现的概率，幅角反映了各 个状态之间的干涉。如果用上述叠加状态中的每 量子计算是一种基于量子效应的新型计算方 式。基本原理是：以量子位作为信息编码和存储的 基本单元．通过大量量子位的受控演化来完成计 算任务。所谓量子位就是一个具有两个量子态的 物理系统，如光子的两个偏振态、电子的两个自旋 个状态编码或存储１个数据，则上述叠加状态可 以同时编码或存储２“个数据，这就是量子计算的 超存储能力。上述叠加状态的一次演化相当完成 了２“个数据的并行处理，这就是量子计算机超并 行计算的原理。量子计算机具有极大超越经典计 态、离子（原子）的两个能级等都可构成量子位的 两个状态。量子力学的基本原理指出。一个量子位 算机的超并行计算能力，例如，求一个３００位数的 质因数，目前最好的经典计算机可能需要上万年 可以同时处于ｆ ０＞和Ｉ １＞两个状态，称为１ ０＞和 Ｊ ｌ＞的叠加状态，用Ｊ Ｏ＞＋Ｉ １＞表示这种相干叠加 状态，而经典比特只能是ｌ ０＞态或Ｉ １＞态。当量 子系统的状态变化时，叠加的各个状态都可以发 的时间来完成．而量子计算机原则上可以在几秒 甚至更短时间内完成。因此，量子计算在核爆模 拟、密码破译、材料和微纳制造等领域具有突出优 势，是新概念高性能计算领域公认的发展趋势。 【收稿日期】 ２０１４一ｌ１一ｌ０ 【作者简介】 陈平形，男，教授，博士生导师，研究方向：量子计算的物理实现和量子算法。 ４ 国防科技 ２０１４年第６期（总第２８９期） 二、量子计算的研究现状 １９８０年，Ｂｅｎｉｏｆｆ提出了量子物理与计算机之 间的关系，并证明利用量子力学中的幺正演化可 以实现经典图灵机的计算能力ｍ。１９８２年著名物理 学家Ｆｅｙｎｍａｎ指出，如果用经典计算机模拟量子 系统，由于量子叠加态的存在，模拟的复杂性随系 统粒子数增加而指数增长，而用基于量子物理原 理的计算机模拟量子系统．则可以避免计算复杂 性的指数级增长同。１９８５年，牛津大学的Ｄｅｕｔｓｃｈ将 图灵机模型推广到量子计算，并提出了量子图灵 机模型＿３ｌ，证明用基本量子逻辑门组可原则上实现 所有量子计算机能解决的问题Ｏ １９９４年 Ｓｈｏｒ提出 了大数质冈子分解的量子算法ｌ４ｊＪ，指出量子计算 机能使大数质因子的分解成为易解问题，从而引 起了全世界对量子计算的巨大关注。近１０多年 来，世界各国，特别是发达国家的军事部门均争相 开展量子计算研究，如美国ＤＡＲＰＡ。ＡＲＯ，ＡＲＤＡ 和ＮＳＡ等机构均制定了专项研究计划，以期在量 子计算的物理实现上取得重大突破。谷歌最近宣 布了一项量子计算机研究计划，以保持其在计算 技术方面的领先地位。微软也成立了名为“量子架 构与计算”的研究小组。英国未来５年内投入２．７ 亿英镑资助量子技术研究。重点支持英国国内一 流的量子研究特别是量子计算研究的实用化。欧 盟的“地平线２０２０”计划中的未来和新兴技术项目 中重点支持“量子模拟”相关技术（量子模拟是用 量子系统模拟复杂特殊量子过程）。日本也有类似 的集中攻关计划。尽管从事量子计算研究的单位 很多．但绝大多数单位仅是实现了少数几个量子 比特的操控和基本量子逻辑门的演示 如２００９ 年，美国国家标准技术标准局报道了基于两离子 量子比特的可编程逻辑操作嘲。２０１ １年，奥地利的 Ｉｎｎｓｂｒｕｃｋ大学制备１４个离子量子纠缠态ｌ ７ｌ ２００８ 年，Ｈｏｆｆｍａｎｎ等人利用三个光学量子比特的量子 模拟器求解高精度的氢分子能量谱＿８＿。２０１３年，德 困和奥地利科学家用离子模拟了开放系统的动力 学过程【９Ｊ。２０１３年，美国Ｍａｒｙｌａｎｄ大学的Ｍｏｎｒｏｅ小 组演示了相干操控１６个离子的物理实验㈣ 目前只有加拿大Ｄ—Ｗａｖｅ公司正式声称实现 了量子计算，他们在２０１１年和２０１３年分别宣布 实现了１２８位和５１２位量子比特的Ｄ—Ｗａｖｅ ０ｎｅ 和Ｄ—Ｗａｖｅ Ｔｗｏ量子计算机系统…】，成为世界上 第一台商业化的量子计算机。在Ｄ—Ｗａｖｅ Ｔｗｏ上 运行求解特定优化问题的退火模型时，计算速度 是普通电脑的４０００倍，但要运行上１０００次才能 得到精确结果。尽管目前没有严格准确的证据可 以证明Ｄ—Ｗａｖｅ利用了量子效应并具备有效的量 子加速性能，但越来越多的人相信它是一种特殊 的量子计算机。 我国从事量子计算实验研究的主要单位是中 国科技大学、清华大学、国防科技大学、南京大学 和中国科学院武汉物理数学研究所等．各单位在 这方面的研究整体上都处于起步阶段 中国科技 大学主要从事光子、量子点和核自旋的量子计算 研究。２０１３年。他们用光量子技术展示了线性方程 组求解 ；２０１４年．基于光量子系统完成了Ｌａｎ— ｄａｕ—Ｚｅｎｅｒ动力学演化过程的量子模拟原理演示 １１３１：２０１２年，利用４量子比特完成了１４３的质因子 分解【 ４１；２０１４年，采用压缩量子模拟技术，利用５量 子比特系统模拟了３２个粒子组成的自旋链『ｌ５］ 清 华大学主要研究离子和核自旋的量子计算，国防 科技大学和中国科学院武汉物理数学所主要研究 离子系统的量子计算，南京大学主要研究超导的 量子计算。这些单位都建成了相应的实验平台．具 备了开展高水平研究的条件。 有效开展量子计算研究需要物理和计算机的 研究人员紧密合作。这方面国防科技大学具有明 显优势。国防科技大学计算机学科和物理学科的 科研人员已开展了近３年的合作研究，其高性能 计算国家重点实验室专设了量子计算的相关研究 方向，新成立的量子信息交叉学科中心能进一步 提升量子计算团队的整体实力。目前正在开展基 于离子光子的特殊量子计算研究．并实现了２０多 个以上离子的稳定囚禁Ｉｌ６１。 三、量子计算的主要研究内容和未来发展 量子计算研究的核心问题主要包括量子计算 的物理实现、量子计算模型与体系结构、量子算法 等。 ｌ、物理实现。理论研究表明，实现量子计算没 有原则性的困难。但一个相干时间长（即保持量子 特性的时间长）并易于集成和扩展的系统是实现 量子计算的关键。目前认为有望实现量子计算的 系统有量子点（数千原子构成的人工“大原子”）、 离子、腔中原子、线性光学、超导等系统．这些系统 陈平形等：量子计算的研究现状和发展动向 ５ 各有优缺点。其中，量子点、超导等固体系统易于 集成，但其相干时间有待提高。线性光学系统的相 干时间长，也易操控，但光子信息难于存储，而且 难以实现光子之间的相互作用。被囚禁在芯片阱 中的离子具有离子相干时间长及芯片易集成的优 点，而且不同阱中的离子还可以通过光子实现纠 缠和量子比特的扩展．因而得到了很多国家的高 度重视．如美国正在开展５Ｏ个量子位的离子芯片 研究，欧洲在离子阱中实现了１４个量子位的纠缠 态，中国科学院武汉物理数学所、国防科技大学、 清华大学和中国科技大学都正在开展离子阱和离 子芯片实验研究。因此．我们认为芯片离子阱，特 别是离子阱与别的系统相结合而形成的拓展系 统，很可能是目前实现量子计算的最好系统。如德 国麦克斯韦普朗克光学研究所等单位在开展所谓 的离子量子点方案．即把离子固化在一个衬底上， 以整合离子和固体系统的优点。 ２、量子计算模型和体系结构。现在的量子计 算除逻辑比特是量子比特外，计算模型还是借用 经典的图灵机模型．整个量子计算过程可分解为 两种基本量子逻辑门的大量组合。这种模型的好 处是通用性好，量子计算机能解决的问题原则上 都可用此模型实现，缺点是结构复杂，需要大量的 逻辑门操作，未来２０—３Ｏ年甚至更长时间都难以 实现。但不是所有问题的解决量子计算机都优于 经典计算机，量子计算机没必要完全取代经典计 算机，只要能解决部分经典计算机不能或难以解 决的问题就很有意义。针对特殊问题的量子计算 （称之为专用量子计算），可以通过设计特殊的计 算模型和特殊的量子算法，避免大量的逻辑门操 作，大大简化计算的复杂性，有望在未来１０年内 实现。加拿大Ｄ—Ｗａｖｅ公司就是采取所谓的绝热 量子计算模型实现退火算法。另外，由于量子系统 有未知量子态信息不可复制、量子态信息的保存 时间不能像经典态一样可以很长、量子态可以是 多个态的叠加等特点，量子计算机可能需要不同 于冯・诺依曼体系结构的新体系结构。因此．专用 量子计算及其相关的计算模型和量子计算机体系 结构的研究是未来量子计算研究的重点之一．有 可能对未来计算机科学产生重大影响。 ３、量子算法。目前典型的量子算法是搜索算 法和大数质因子分解算法。但这些算法都是以一 些基本运算为基础．而这些基本运算的量子算法 还没有提出。另外，最近发现一些能实现的量子演 化过程能被应用于某些复杂问题的求解。如２０１３ 年．Ｓｃｉｅｎｃｅ杂志连续发表２篇文章报道通过玻色 采样的物理过程能实现矩阵积和的求解（该问题 是经典计算机的＃Ｐ难解问题）［１７－１８１。利用已实现的 量子过程来模拟某些复杂问题的求解及其相应算 法可能使某些难解问题能很快得到解决．有望１０ 年左右能实现一些特殊问题的专用量子计算。因 此我们认为，量子算法的研究重点是基本运算的 量子算法、用已实现的量子过程对复杂问题的模 拟及其相应算法的研究。 总之．从经典计算过渡到量子计算是计算机 科学与技术发展的必然趋势．量子计算很难也没 必要代替经典计算。针对经典计算难以解决的问 题而开展的专用量子计算是量子计算研究的重 点。针对量子系统的特点，发展适合量子计算的新 型计算模型和新型体系结构将对计算机科学产生 重大影响 参考文献 【１】Ｂｅｎｉｏｆｆ Ｐ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓ ａ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ：Ａ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｑｕａｎｔｕｍ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｓ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｙ Ｔｕｆｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｓ［Ｊ】，Ｊ．Ｓｔａｔ． Ｐｌａｙｓ．，１ ９８０，２２（５）：５６３． ［２］Ｒｉｃｈａｒｄ Ｐ Ｆｅｙｎｍａｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ 【Ｊ］Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９８２，２１： ４７６． 【３】Ｄｅｕｔｓｃｈ．Ｄ．Ｑｕａｎｔｕｍ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ Ｃｈｕｒｃｈ—Ｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｑｕｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔｅｒ［Ｃ］．Ｐｒｏｃ．Ｒ．Ｓｏｃ． ＬＤｎｄ．Ａ．１９８５．４００：９７． ［４］Ｓｈｏｒ Ｐ Ｗ．Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ： Ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｌｏｇ ａｎｄ ｆａｃｔｏｒｉｎｇ［Ｃ］．Ｉｎ Ｐｒｏｃ．ｏｆ ｔｈｅ ３５ｔｈ ＩＥＥＥ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９４，２０： １２４． ［５］Ｓｈｏｒ Ｐ Ｗ．Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ—ｔｉｍｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ｐｒｉｍｅ ｆａｅｔｏｒｉｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｌａｏｇａｒｉｔｈｍｓ ｏｎ ａ ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔｅｒ［Ｊ］．ＳＩＡＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ １９９７，２６． 【６】Ｈａｎｎｅｋｅ Ｄ，Ｈｏｍｅ Ｊ Ｐ，Ｊｏｓｔ Ｊ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ．２００９．６：１３—１６． ｆ７］Ｍｏｎｚ Ｔ，Ｓｃｈｉｎｄｌｅｒ Ｐ，Ｂａ￣ｅｉｒｏ Ｊ Ｔ，ｅｔ ａ１．１ ４一ｑｕｂｉｔ ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ：ｃｒｅａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ［Ｊ】．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．１ｅｔｔ， ２０１１：１０６． 【８】Ｗａｎｇ Ｈ，Ｋａｉｓ Ｓ，Ａｓｐｕｒｕ—Ｇｕｚｉｋ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｑｕａｎｔｕｍ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ】．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，２００８，１０：５３８８． ［９】Ｓｃｈｉｎｄｌｅｒ Ｐ，Ｍｕｌｌｅｒ Ｍ，Ｎｉｇｇ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｑｕａｎｔｕｍ ６ 国防科技 ２０１４年第６期（总第２８９期） ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｅｎ—ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃａｌ ｍａｐｓ ｗｉｔｈ ｔｒａｐｐｅｄ ［１５】Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ３２－Ｓｐｉｎ Ｉｓｉｎｇ Ｃｈａｉｎ【Ｊ１．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．， ２０１４，１ １２：２２０５０１． ｉｏｎ＇Ｉ ＪＪ．Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２０１３，９：３６１—３６７． ［１０】Ｉｓｌａｍ Ｒ，Ｓｅｎｋｏ Ｃ，Ｃａｍｐｂｅｌｌ Ｗ Ｃ，Ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ ａｎｄ Ｆｒｕｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ｗｉｔｈ Ｖａｒｉａｂｌｅ—Ｒａｎｇｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ［１６】Ｗｅｉ Ｗｅｎ，Ｗｅｉ Ｗｕ，Ｙａｎｌｉ Ｚｈｏｕ，ｅｔ ａ１．Ｅｎｅｒｇｖ— ｌｅｖｅｌ ｓｔｕｃｔｕｒｅ ｏｆｒ ｉｏｎ ｃｌｏｕｄ ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｉｎ ａ ｌｉｎｅａｒ Ｐａｕｌ ｉｎ ａ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１３，３４０：５８３ ［１ １】Ｂｕｎｙｋ Ｐ Ｉ，Ｈｏｓｋｉｎｓｏｎ Ｅ，Ｊｏｈｎｓｏｎ．Ｍ．Ｗ，ｅｔ ａ１． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｐｐ１．Ｓｕｏｅｒｃｏｎｄ．，２０１４，２４：１７００１ １０． ｔｒａｐ［Ｊ】． Ｎｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２０１４，１６：０８３０４１． ［１７】Ｊｕｓｔｉｎ Ｂ Ｓ，Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｊ Ｍ，Ｐｅｔｅｒ Ｃ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｂｏｓｏｎ Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｎ ａ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｈｉｐ［Ｊ１．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１３，３３９：７９８— ８０１． 【１ ２】Ｃａｉ ＸＤ，Ｗｅｅｄｂｒｏｏｋ Ｃ，Ｓｕ ＺＥ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｔｏ Ｓｏｌｖｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｌｉｎｅａｒ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｌＪＩ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．２０１３，１ １０：２３０５０１． 【１８］Ｍａｔｔｈｅｗ Ａ Ｂ，Ａｌｅｓｓａｎｄｒｏ Ｆ，Ｓａｌｅｈ Ｒ Ｋ。ｅｔ ａ１． Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂｏｓｏｎ Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｉｎ ａ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ， ２０１３．３３９：７９４—７９８． 【１ ３】Ｘｕ Ｘ Ｙ，Ｈａｎ Ｙ Ｊ．，Ｓｕｎ Ｋ，Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｎｄａｕ—－Ｚｅｎｅｒ Ｍｏｄｅｌ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｋｉｂｂｌｅ—— Ｚｕｒｅｋ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，２０１４，１ １２：０３５７０１． 【１４］Ｘｕ Ｎ Ｙ，Ｚｈｕ Ｊ，Ｌｕ Ｄ Ｗ．，ｅｔ ａ１．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｆａｃｔｏｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ １４３ ｏｎ Ｄｉｐｏｌａｒ—Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，２０１２，１０９：２６９９０２． Ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｆｕｔｕｒｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ＣＨＥＮ Ｐｉｎｇｘｉｎｇ ，ＷＵ Ｗｅｉ ，ＷＵ Ｃｈｕｎｗａｎｇ ，ＷＵ Ｊｕｎｊｉｅ ．ＴＡＮＧ Ｙｕｈｕａ （Ｊ．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌ￣ｏｒｔａｏｒｙ ｏｆＨｉｇｈＰｅｆｆｏｒｍ￣ｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，Ｎａｔｉｏｎａｌ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆＤｅｏｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａ ｋｅｙ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｔｕｒｅ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｈａｓ ａｔｔｒａｃｔｅｄ ｔｈｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ ａｌｌ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｗｉｌｌ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｐｒｏ— ｐｏｓｅ ｏｕｒ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ；ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ；ｐｈｙｓｉｃａｌ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ；ｑｕａｎｔｕｍ ａｌ— ｇｏｒｉｔｈｍ
