【关键词】量子计算  计算机  系统软件  量子力学

【中图分类号】TP30                             【文献标识码】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2021.07.005

引言

經典计算机体积缩小和性能提升来源于计算机芯片集成度的提高。1946年出现的世界上第一台计算机的体积有160多平方米，重量也有几十吨，可计算能力却只有每秒5000次运算。随着计算机元器件从电子管到晶体管再到大规模集成电路的快速发展，如今的计算机可以薄如一张纸，运算速度也能很好地满足需求。随着大数据和互联网时代的来临以及人工智能的发展，经典计算机的能力越来越不能满足海量数据处理的需求，目前主要有两个方面制约经典计算机发展：能耗问题和芯片高集成化的极限。

1961年，IBM的罗尔夫·兰道尔（Rolf Landauer）提出了信息和能量的方案，这就是著名的Landauer原理：每删除一比特的信息，需要消耗一定的能量。消耗的能量随后会成为热量，因此散热问题是制约芯片集成化程度的一个重要问题。若要解决热量耗散问题，则必须在计算过程中避免信息的擦除，采用可逆计算。同时，经典体系与量子体系服从不同的规律，经典计算机无法满足量子体系的计算需要。现在对量子体系的计算都是在经过大量简化后才得以进行。例如，在原子核结构的计算中，将大量的自由度封闭，只采用部分最外层的核子进行计算。因此，物理学家理查德·P·费曼（Richard Phillips Feynman）提出使用量子计算机进行量子模拟[1]。再者，微处理芯片的密度日趋极限，其中晶体管的密度越来越大，每个晶体管的体积越来越小，已经接近物理上所允许的极限，摩尔定律失效[2]。……