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当代控制理论及应用技术概论
Introduction to Contemporary Control Theory and Applied Technology

息编码和信息存储的基本单元，通过大量量子位的受控演化完成计算任务。量子
力学的基本原理指出，一个量子位可以同时处于“0”和“1”两个状态，N 个量
子位可以同时处于 2^N 个状态。换句话说，量子计算每计算一次将同时对 2^N 个
数产生影响，这也是量子计算从效率上相比于经典计算具有更大优势的原因。
量子计算最直接的成果形式是量子计算机，它是满足量子理论进行量子信

息处理和存储的物理装置。更通俗一些，当某个装置操作的是量子信息并运行的
是量子算法时，它就可以认为是量子计算机。量子计算机的主要工作流程如下：
①选择合适的量子算法，将待计算的函数编程转化为适合量子计算处理的

函数；
②将输入的经典数据制备为量子态的叠加；
③在量子计算机中，根据量子算法的操作要求，对输人的量子态进行多次
修正操作，最终得到操作后的量子态（末态）；
④对量子末态进行特殊的测量，得到经典的结果输出。

量子计算机的研究核心问题在于量子计算模型与体系结构、量子算法、物
理实现、编码与纠错等。
1. 量子计算模型与体系结构

当前的量子计算机的计算模型仍然是经典的图灵机模型。这样做的好处是
通用性好，原则上它可以适用量子计算机遇到的所有问题。然而，它的结构复杂，
需要大量的逻辑门操作，因此短时间内难以实现。为了应对这个问题，可以针对
特殊的问题设计特殊的计算模型，例如绝热量子计算模型、拓扑量子计算模型等。
这样可以避免大量的逻辑门操作，简化计算复杂性，增加短时间内实现的可能性。

2. 量子算法
目前影响力较大的量子算法不多，其中代表性的有三种，分别是面向大数质
因子分解的 Shor 算法、面向无序搜索的 Grover 算法和面向线性方程求解的 HHL

算法。此外，还有一种量子算法——量子机器学习算法，近年来受到越来越多的
关注。量子机器学习算法旨在充分利用量子计算的并行性，优化传统机器学习算
法的效率，突破计算瓶颈，加速人工智能进程。
3. 物理实现
实现量子计算机的关键在于一个易于集成和扩展、相干时间长的物理系统。

目前实现量子计算机物理系统的主流技术路线包括超导、半导体量子点、离子阱、

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