Page 213 - 当代控制理论及应用技术概论

第五章 量子控制研究

拓扑绝缘体以及线性光学系统等。从相干时间、集成度和保真度三个方面来看，
超导的研究进展最为迅速；半导体量子点的计算保真度不足，但具有可容错和可
拓展两大优势，能够与现有半导体工艺完全兼容，潜力巨大；离子阱的量子位品
质高，但其可扩展性差，且体积庞大，小型化尚需时日；拓扑绝缘体受拓扑保护，
原则上不会有耗散问题，在量子位集成方面优势会更明显一些；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。
4. 编码与纠错
量子计算机是宏观尺度的量子器件，环境不可避免地会造成量子相干性的

消失（即退相干）。为了减弱甚至消除这种退相干现象的影响，科学家们提出了
用多个量子位来编码一个逻辑位的方法。经过理论证明，若想纠正由退相干所引
起的错误，至少需要使用五个量子位来编码一个逻辑位。此外，除退相干的因素
外，非理想的量子操控也会导致量子计算出现错误，而纠错就是在所有量子操控
都不理想的情况下，仍然能够将整个系统纠回到理想状态。

目前，量子计算机的所有技术路线中，超导量子计算机的成熟度最高。从
超导量子计算机整机的角度来看，国内的中科大、浙大和本源量子公司均开展了
相关研究，目前可应用于金融、流体力学、生物化学、大数据、人工智能和信息

安全等领域，主要用于解决优化、复杂问题求解、微观分子模拟等问题。美国
IBM、谷歌、Rigetti 和牛津量子计算公司均已研制了超导量子计算机整机，应用
方向与国内基本相同，其中量子计算和机器学习的应用结合是研究热点。
从超导量子计算机软件的角度来看，该技术呈现全栈式发展模式。目前，
国内已有相关的编程语言、应用软件、量子编程框架、量子操作系统等软件产品。

这些产品可提供 IDE 软件开发环境，实现量子资源管理、量子任务调度、经典资
源调配和量子 - 经典混合计算等功能。美国主要应用方向包括生物医药、化学分
子模拟、材料研发、天气预测、流体动力学模拟、量子信道加密、后量子加密等

领域。与政府项目合作较多的是机器学习、量子启发求解器开发、混合计算等方向。
美国和欧洲重点研究量子计算机和超算的结合。从超导量子计算机硬件的角度来
看，目前国内超导量子芯片祖冲之 2 号最高可达到 66 比特数，而美国 IBM 公司
已经实现了 127 位量子比特芯片，为世界最高水平。
（二）量子计算技术应用在航空领域的建议

目前，量子计算已经成为国内外科研机构和企业重点关注和投入的研究方

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