中科院計算所孫曉明：量子電路與芯片理論

量子電路模型是描述量子算法的一種通用語言，其將量子算法表示為一系列量子門和測量等操作。許多著名量子算法（包括 Shor 算法、Grover算法和 HHL 算法等）都使用量子電路模型來給出具體描述。除此之外，量子電路模型也被廣泛應用于量子物理、化學系統的模擬。目前，量子計算已經進入含噪中尺度量子（noisy intermediate-scale quantum，NISQ）時代，物理實驗硬件所能支持的量子電路規模、深度和量子比特數都存在固有限制，量子電路的優化程度直接影響著量子計算機的適用范圍。針對各種實際計算問題，設計規模盡量小、深度盡量淺、比特數盡量少的量子電路是量子電路領域的重要研究方向之一。另外，刻畫不同資源稟賦下量子電路的計算能力以及與經典電路計算能力的差異也是一個重要研究方向。

量子芯片是將量子電路小型化、集成化的工程化實現，是量子計算與量子通信等任務實現實用化與商業化的必然路徑。根據量子電路所依賴物理平臺的不同，量子芯片的技術路線可以分為超導量子芯片、半導體量子點量子芯片、光量子芯片等。目前，超導量子芯片從可集成的量子比特規模上領先于其他系統；半導體量子點系統由于其良好的擴展性和集成性，是實現固態量子計算的有力候選者；光學量子系統由于傳統光芯片工藝和光通信技術的積累，在工程層面具有天然優勢。量子芯片目前最主要的挑戰是量子門的保真度、弛豫時間、串擾和測量誤差，未來發展的重要方向之一是實現更大規模的電路集成，并不斷提升量子比特相干特性、操控精度與速度以及可擴展性。

該前沿相關的核心論文發表情況見表 1.1.1，2016—2021 的核心論文逐年發表情況見表 1.1.2。

（內容取自《全球工程前沿2022》）

審核編輯 ：李倩