《量子計算+術(shù)語和定義GBT+42565-2023》詳細解讀

《量子計算術(shù)語和定義GB/T42565-2023》詳細解讀目錄contents1范圍2規(guī)范性引用文件3量子計算通用基礎(chǔ)術(shù)語4量子計算硬件術(shù)語5量子計算算法與軟件術(shù)語6量子計算應用術(shù)語參考文獻索引011范圍涵蓋量子力學基本原理、量子信息論等基礎(chǔ)理論方面的術(shù)語和定義。量子計算基礎(chǔ)理論包括量子比特的物理實現(xiàn)、量子門操作、量子算法、量子糾錯等技術(shù)方面的術(shù)語和定義。量子計算技術(shù)涉及量子計算機硬件、軟件及系統(tǒng)架構(gòu)等方面的術(shù)語和定義。量子計算機體系結(jié)構(gòu)涵蓋量子計算在密碼學、化學模擬、優(yōu)化問題、機器學習等領(lǐng)域應用的術(shù)語和定義。量子計算應用領(lǐng)域1.1術(shù)語和定義的應用領(lǐng)域為從事量子計算研究的科學家、工程師等提供統(tǒng)一的術(shù)語和定義，促進學術(shù)交流與合作。量子計算研究人員為開發(fā)量子計算技術(shù)、構(gòu)建量子計算機的企業(yè)和機構(gòu)提供標準化的術(shù)語和定義，推動技術(shù)發(fā)展。量子計算技術(shù)開發(fā)人員為量子計算教育和培訓機構(gòu)提供規(guī)范的術(shù)語和定義，提高教學和培訓質(zhì)量。量子計算教育與培訓人員為使用量子計算技術(shù)、關(guān)注量子計算發(fā)展的用戶和愛好者提供準確的術(shù)語和定義，增進對量子計算的理解。量子計算用戶與愛好者1.2適用對象022規(guī)范性引用文件01020304GB/T4880-2000：術(shù)語工作原則與方法：該文件為制定術(shù)語標準提供了基本的原則和方法，是制定本標準的重要參考。GB/T2900.1-2012：電工術(shù)語基本術(shù)語：該文件定義了電工領(lǐng)域的基本術(shù)語，包括一些與量子計算相關(guān)的基本概念，如電流、電壓等。GB/T32905-2016：信息技術(shù)量子信息技術(shù)術(shù)語：該文件是量子信息技術(shù)領(lǐng)域的術(shù)語標準，其中包含了量子計算相關(guān)的一些重要術(shù)語和定義。以上規(guī)范性引用文件為《量子計算術(shù)語和定義》的制定提供了重要的參考和支持，確保了術(shù)語的準確性和規(guī)范性。同時，這些文件也是讀者理解和應用本標準的重要參考資料。2規(guī)范性引用文件033量子計算通用基礎(chǔ)術(shù)語量子計算是一種遵循量子力學規(guī)律調(diào)控量子信息單元進行計算的新型計算模式，旨在解決經(jīng)典計算機難以處理的復雜問題。定義量子計算遵循量子力學規(guī)律，利用量子疊加、量子糾纏等特性，實現(xiàn)高效并行計算和存儲。特點量子計算在密碼破譯、材料設(shè)計、人工智能等領(lǐng)域具有廣泛應用前景。應用領(lǐng)域3.1量子計算量子計算機是執(zhí)行量子計算任務(wù)的設(shè)備，以量子比特（qubit）為基本運算單元。定義量子計算機包括量子比特、量子門、量子測量等關(guān)鍵部件，以及實現(xiàn)這些部件之間信息傳輸和控制的輔助系統(tǒng)。組成根據(jù)實現(xiàn)方式不同，量子計算機可分為天然量子比特路線（如離子阱、中性原子、光子等）和人工量子比特路線（如超導約瑟夫森結(jié)、量子點等）。分類3.2量子計算機03操作對量子比特的操作包括量子門操作和量子測量等，可實現(xiàn)信息的傳輸、處理和提取。01定義量子比特是量子計算中的基本運算單元，表示一個二能級系統(tǒng)的量子態(tài)。02特性量子比特具有疊加態(tài)和糾纏態(tài)等特性，可實現(xiàn)同時存儲和處理多個狀態(tài)的信息。3.3量子比特定義量子門是對量子比特進行操作的基本單元，可實現(xiàn)單比特操作、雙比特門操作等。分類常見的量子門包括Pauli門、Hadamard門、相位門、CNOT門等。實現(xiàn)方式量子門可通過物理系統(tǒng)中的各種相互作用來實現(xiàn)，如微波控制、激光操控等。3.4量子門044量子計算硬件術(shù)語定義量子計算的基本信息單元，與經(jīng)典計算中的比特相似，但具有疊加態(tài)和糾纏態(tài)等特性。種類包括天然量子比特（如離子、中性原子、光子等）和人工量子比特（如超導約瑟夫森結(jié)、量子點等）。操作對量子比特的操作包括初始化、操作和測量，需要高精度的控制和測量設(shè)備。4.1量子比特（Qubit）定義包括單比特門（如Pauli門、旋轉(zhuǎn)門等）和雙比特門（如CNOT門、CZ門等），可實現(xiàn)量子比特的疊加、糾纏和變換等操作。種類實現(xiàn)量子門的實現(xiàn)需要借助各種物理系統(tǒng)和控制技術(shù)，如光學、超導、離子阱等。對量子比特進行操作的基本單元，類似于經(jīng)典計算中的邏輯門。4.2量子門（QuantumGate）執(zhí)行量子計算任務(wù)的設(shè)備，由多個量子比特和量子門組成，可實現(xiàn)復雜的量子算法和量子模擬等任務(wù)。定義根據(jù)實現(xiàn)方式不同，量子計算機可分為多種類型，如光學量子計算機、超導量子計算機、離子阱量子計算機等。種類量子計算機在密碼破譯、材料設(shè)計、人工智能等領(lǐng)域具有廣泛應用前景，但目前仍處于研究和開發(fā)階段。應用4.3量子計算機（QuantumComputer）定義指量子計算機在特定任務(wù)上相比經(jīng)典計算機具有明顯優(yōu)勢的現(xiàn)象，是量子計算發(fā)展的重要里程碑。實現(xiàn)目前已有多個實驗實現(xiàn)了量子優(yōu)越性，如Google的懸鈴木處理器在隨機電路采樣問題上展示了量子優(yōu)越性，中國科大的“祖沖之號”在量子隨機行走問題上實現(xiàn)了量子優(yōu)越性。意義量子優(yōu)越性的實現(xiàn)標志著量子計算進入了一個新的發(fā)展階段，為未來量子計算機的應用和發(fā)展開辟了新的道路。4.4量子優(yōu)越性（QuantumSupremacy）055量子計算算法與軟件術(shù)語一種用于大數(shù)質(zhì)因數(shù)分解的量子算法，可在多項式時間內(nèi)完成，對經(jīng)典密碼學構(gòu)成威脅。Shor算法Grover算法VQE算法一種用于無序數(shù)據(jù)庫搜索的量子算法，可將搜索復雜度從經(jīng)典計算的O(N)降低到O(√N)。變分量子算法的一種，用于求解分子的基態(tài)能量和波函數(shù)，是量子化學領(lǐng)域的重要應用。0302015.1量子算法

5.2量子軟件量子編程語言如Q#、QuantumJavaScript等，用于編寫量子計算程序的編程語言，具有描述量子算法和量子電路的能力。量子軟件平臺提供量子計算資源管理和調(diào)度、量子算法庫、量子應用開發(fā)等功能的軟件平臺，如百度量子平臺、IBMQuantum等。量子模擬器用于模擬量子計算過程的軟件工具，可在經(jīng)典計算機上模擬小型量子電路的運行，是量子算法研究和教學的重要工具。03人工智能量子計算可用于加速機器學習算法的訓練和推理過程，有望在自然語言處理、圖像識別等領(lǐng)域得到應用。01密碼破譯利用Shor算法等量子算法對經(jīng)典密碼進行破譯，對信息安全構(gòu)成挑戰(zhàn)。02材料設(shè)計利用VQE等變分量子算法進行材料設(shè)計和優(yōu)化，可加速新材料研發(fā)和現(xiàn)有材料性能提升。5.3量子計算應用066量子計算應用術(shù)語量子模擬是指使用量子計算機來模擬和研究量子系統(tǒng)的行為。這種模擬可以揭示量子現(xiàn)象的本質(zhì)，并為新材料的發(fā)現(xiàn)、藥物設(shè)計等領(lǐng)域提供有力工具。量子模擬在物理、化學、材料科學等領(lǐng)域具有廣泛應用。例如，可以使用量子計算機模擬分子的化學反應過程，以預測新材料的性質(zhì)和功能。定義應用領(lǐng)域6.1量子模擬定義量子優(yōu)化是指利用量子計算的優(yōu)勢來解決復雜的優(yōu)化問題。這些問題在經(jīng)典計算機上往往難以解決，但在量子計算機上可以通過量子并行性、量子隧道效應等現(xiàn)象找到更優(yōu)的解。應用領(lǐng)域量子優(yōu)化在物流、金融、制造等領(lǐng)域具有潛在應用。例如，在物流領(lǐng)域，可以使用量子計算機來優(yōu)化貨物的運輸路線，以降低運輸成本和提高效率。6.2量子優(yōu)化量子機器學習是指將量子計算與機器學習相結(jié)合，利用量子計算的優(yōu)勢來加速機器學習算法的訓練過程，并提高模型的性能。定義量子機器學習在人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、自然語言處理等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。例如，在人工智能領(lǐng)域，可以使用量子計算機來加速深度學習模型的訓練，以提高圖像和語音識別等任務(wù)的準確性。應用領(lǐng)域6.3量子機器學習定義量子密碼學是指利用量子力學原理來設(shè)計和分析密碼系統(tǒng)的一門科學。量子密碼學可以提供無條件安全的信息加密和通信方式，有效防止竊聽和破解。應用領(lǐng)域量子密碼學在網(wǎng)絡(luò)安全、軍事通信、電子政務(wù)等領(lǐng)域具有重要應用。例如，在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，可以使用量子密鑰分發(fā)協(xié)議來實現(xiàn)安全的信息傳輸和加密通信。6.4量子密碼學07參考文獻[1]Nielsen,M.A.,&Chuang,I.L.(2000).QuantumComputationandQuantumInformation10thAnniversaryEdition.CambridgeUniversityPress.[2]Mermin,N.D.(2007).QuantumComputerScienceAnIntroduction.CambridgeUniversityPress.[3]Sakharov,D.(2018).QuantumComputingAGentleIntroduction.CreateSpaceIndependentPublishingPlatform.參考文獻08索引量子計算遵循量子力學規(guī)律的計算模式，通過調(diào)控量子信息單元進行計算。量子計算機執(zhí)行量子計算任務(wù)的設(shè)備，以量子比特（qubit）為基本運算單元。量子比特量子計算中的基本運算單元，其狀態(tài)可以同時表示0和1。量子計算基本概念量子比特可以同時處于多個狀態(tài)，從而實現(xiàn)并行計算。量子疊加原理兩個或多個量子比特之間存在一種特殊的關(guān)系，使得它們的狀態(tài)無法獨立描述。量子糾纏對量子比特進行操作的基本單元，可以實現(xiàn)量子態(tài)的變換。量子門針對特定問題設(shè)計的量子計算程序，可以實現(xiàn)比經(jīng)典算法更高效的計算。量子算法量子計算原理與技術(shù)密碼破譯利用量子計算的高效算法，可以破解傳統(tǒng)密