《量子計(jì)算術(shù)語和定義GB/T42565-2023》詳細(xì)解讀目錄contents1范圍2規(guī)范性引用文件3量子計(jì)算通用基礎(chǔ)術(shù)語4量子計(jì)算硬件術(shù)語5量子計(jì)算算法與軟件術(shù)語6量子計(jì)算應(yīng)用術(shù)語參考文獻(xiàn)索引011范圍涵蓋量子力學(xué)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(jì)算基礎(chǔ)理論包括量子比特的物理實(shí)現(xiàn)、量子門操作、量子算法、量子糾錯(cuò)等技術(shù)方面的術(shù)語和定義。量子計(jì)算技術(shù)涉及量子計(jì)算機(jī)硬件、軟件及系統(tǒng)架構(gòu)等方面的術(shù)語和定義。量子計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)涵蓋量子計(jì)算在密碼學(xué)、化學(xué)模擬、優(yōu)化問題、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域應(yīng)用的術(shù)語和定義。量子計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域1.1術(shù)語和定義的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閺氖铝孔佑?jì)算研究的科學(xué)家、工程師等提供統(tǒng)一的術(shù)語和定義，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流與合作。量子計(jì)算研究人員為開發(fā)量子計(jì)算技術(shù)、構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的企業(yè)和機(jī)構(gòu)提供標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語和定義，推動(dòng)技術(shù)發(fā)展。量子計(jì)算技術(shù)開發(fā)人員為量子計(jì)算教育和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)提供規(guī)范的術(shù)語和定義，提高教學(xué)和培訓(xùn)質(zhì)量。量子計(jì)算教育與培訓(xùn)人員為使用量子計(jì)算技術(shù)、關(guān)注量子計(jì)算發(fā)展的用戶和愛好者提供準(zhǔn)確的術(shù)語和定義，增進(jìn)對(duì)量子計(jì)算的理解。量子計(jì)算用戶與愛好者1.2適用對(duì)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(biāo)準(zhǔn)提供了基本的原則和方法，是制定本標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)，其中包含了量子計(jì)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(jì)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(zhǔn)確性和規(guī)范性。同時(shí)，這些文件也是讀者理解和應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)的重要參考資料。2規(guī)范性引用文件033量子計(jì)算通用基礎(chǔ)術(shù)語量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式，旨在解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以處理的復(fù)雜問題。定義量子計(jì)算遵循量子力學(xué)規(guī)律，利用量子疊加、量子糾纏等特性，實(shí)現(xiàn)高效并行計(jì)算和存儲(chǔ)。特點(diǎn)量子計(jì)算在密碼破譯、材料設(shè)計(jì)、人工智能等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。應(yīng)用領(lǐng)域3.1量子計(jì)算量子計(jì)算機(jī)是執(zhí)行量子計(jì)算任務(wù)的設(shè)備，以量子比特（qubit）為基本運(yùn)算單元。定義量子計(jì)算機(jī)包括量子比特、量子門、量子測(cè)量等關(guān)鍵部件，以及實(shí)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(shí)現(xiàn)方式不同，量子計(jì)算機(jī)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(dǎo)約瑟夫森結(jié)、量子點(diǎn)等）。分類3.2量子計(jì)算機(jī)03操作對(duì)量子比特的操作包括量子門操作和量子測(cè)量等，可實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、處理和提取。01定義量子比特是量子計(jì)算中的基本運(yùn)算單元，表示一個(gè)二能級(jí)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(shí)現(xiàn)同時(shí)存儲(chǔ)和處理多個(gè)狀態(tài)的信息。3.3量子比特定義量子門是對(duì)量子比特進(jìn)行操作的基本單元，可實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)，如微波控制、激光操控等。3.4量子門044量子計(jì)算硬件術(shù)語定義量子計(jì)算的基本信息單元，與經(jīng)典計(jì)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(dǎo)約瑟夫森結(jié)、量子點(diǎn)等）。操作對(duì)量子比特的操作包括初始化、操作和測(cè)量，需要高精度的控制和測(cè)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(shí)現(xiàn)量子比特的疊加、糾纏和變換等操作。種類實(shí)現(xiàn)量子門的實(shí)現(xiàn)需要借助各種物理系統(tǒng)和控制技術(shù)，如光學(xué)、超導(dǎo)、離子阱等。對(duì)量子比特進(jìn)行操作的基本單元，類似于經(jīng)典計(jì)算中的邏輯門。4.2量子門（QuantumGate）執(zhí)行量子計(jì)算任務(wù)的設(shè)備，由多個(gè)量子比特和量子門組成，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的量子算法和量子模擬等任務(wù)。定義根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式不同，量子計(jì)算機(jī)可分為多種類型，如光學(xué)量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、離子阱量子計(jì)算機(jī)等。種類量子計(jì)算機(jī)在密碼破譯、材料設(shè)計(jì)、人工智能等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，但目前仍處于研究和開發(fā)階段。應(yīng)用4.3量子計(jì)算機(jī)（QuantumComputer）定義指量子計(jì)算機(jī)在特定任務(wù)上相比經(jīng)典計(jì)算機(jī)具有明顯優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)象，是量子計(jì)算發(fā)展的重要里程碑。實(shí)現(xiàn)目前已有多個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性，如Google的懸鈴木處理器在隨機(jī)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(hào)”在量子隨機(jī)行走問題上實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越性。意義量子優(yōu)越性的實(shí)現(xiàn)標(biāo)志著量子計(jì)算進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，為未來量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)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(jì)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(xiàng)式時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)經(jīng)典密碼學(xué)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(fù)雜度從經(jīng)典計(jì)算的O(N)降低到O(√N(yùn))。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(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)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(jì)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(tái)提供量子計(jì)算資源管理和調(diào)度、量子算法庫、量子應(yīng)用開發(fā)等功能的軟件平臺(tái)，如百度量子平臺(tái)、IBMQuantum等。量子模擬器用于模擬量子計(jì)算過程的軟件工具，可在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上模擬小型量子電路的運(yùn)行，是量子算法研究和教學(xué)的重要工具。03人工智能量子計(jì)算可用于加速機(jī)器學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練和推理過程，有望在自然語言處理、圖像識(shí)別等領(lǐng)域得到應(yīng)用。01密碼破譯利用Shor算法等量子算法對(duì)經(jīng)典密碼進(jìn)行破譯，對(duì)信息安全構(gòu)成挑戰(zhàn)。02材料設(shè)計(jì)利用VQE等變分量子算法進(jìn)行材料設(shè)計(jì)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(jì)算應(yīng)用066量子計(jì)算應(yīng)用術(shù)語量子模擬是指使用量子計(jì)算機(jī)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(jì)等領(lǐng)域提供有力工具。量子模擬在物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。例如，可以使用量子計(jì)算機(jī)模擬分子的化學(xué)反應(yīng)過程，以預(yù)測(cè)新材料的性質(zhì)和功能。定義應(yīng)用領(lǐng)域6.1量子模擬定義量子優(yōu)化是指利用量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)來解決復(fù)雜的優(yōu)化問題。這些問題在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上往往難以解決，但在量子計(jì)算機(jī)上可以通過量子并行性、量子隧道效應(yīng)等現(xiàn)象找到更優(yōu)的解。應(yīng)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(yīng)用。例如，在物流領(lǐng)域，可以使用量子計(jì)算機(jī)來優(yōu)化貨物的運(yùn)輸路線，以降低運(yùn)輸成本和提高效率。6.2量子優(yōu)化量子機(jī)器學(xué)習(xí)是指將量子計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，利用量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)來加速機(jī)器學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練過程，并提高模型的性能。定義量子機(jī)器學(xué)習(xí)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(yīng)用前景。例如，在人工智能領(lǐng)域，可以使用量子計(jì)算機(jī)來加速深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練，以提高圖像和語音識(shí)別等任務(wù)的準(zhǔn)確性。應(yīng)用領(lǐng)域6.3量子機(jī)器學(xué)習(xí)定義量子密碼學(xué)是指利用量子力學(xué)原理來設(shè)計(jì)和分析密碼系統(tǒng)的一門科學(xué)。量子密碼學(xué)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(yīng)用領(lǐng)域量子密碼學(xué)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(yīng)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(shí)現(xiàn)安全的信息傳輸和加密通信。6.4量子密碼學(xué)07參考文獻(xiàn)[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(xiàn)08索引量子計(jì)算遵循量子力學(xué)規(guī)律的計(jì)算模式，通過調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算。量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行量子計(jì)算任務(wù)的設(shè)備，以量子比特（qubit）為基本運(yùn)算單元。量子比特量子計(jì)算中的基本運(yùn)算單元，其狀態(tài)可以同時(shí)表示0和1。量子計(jì)算基本概念量子比特可以同時(shí)處于多個(gè)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。量子疊加原理兩個(gè)或多個(gè)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(dú)立描述。量子糾纏對(duì)量子比特進(jìn)行操作的基本單元，可以實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的變換。量子門針對(duì)特定問題設(shè)計(jì)的量子計(jì)算程序，可以實(shí)現(xiàn)比經(jīng)典算法更高效的計(jì)算。量子算法量子計(jì)算原理與技術(shù)密碼破譯利用量子計(jì)算的高效算法，可以破解傳統(tǒng)密