量子計算是最重要的后摩爾計算技術(shù)之一,擁有經(jīng)典計算機無可比擬的超強計算能力,未來能夠?qū)Ω餍袠I(yè)應用產(chǎn)生顛覆性的影響。針對量子計算給空氣動力學帶來的機遇和挑戰(zhàn),詳細綜述了量子計算機、量子算法、量子底層軟件棧等方面的研究進展。結(jié)合空氣動力學領域常用的基礎方法,在綜述量子計算線性方程組求解、插值操作、數(shù)值積分、優(yōu)化搜索等最新進展的基礎上,結(jié)合典型量子算法深入分析了量子計算在空氣動力學領域的應用前景,并指出了需要重點關(guān)注的研究方向。 

【文章來源】：航空學報. 2020,41(04)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

圖１量子傅里葉變換線路圖Ｆｉｇ．１ＣｉｒｃｕｉｔｆｏｒＱＦＴ

控非門，該操作通過兩束激光作用在兩個離子上，并且在聲子的協(xié)助下完成。該方案的主要障礙是可擴展性問題，即當達到約５０個量子比特時的離子阱極限問題。目前，基于離子阱方案研制量子計算機的單位有ＩｏｎＱ公司［３０］和霍尼韋爾公司［３７］等。其中，ＩｏｎＱ公司已研制出１６０個存儲量子比特和７９個離子阱比特的量子計算機；霍尼韋爾公司稱其離子阱量子計算技術(shù)已達到“創(chuàng)紀錄的高保真量子操作”，有望在２０１９年底開始創(chuàng)造營收。圖２顯示了ＩｏｎＱ公司的量子計算機芯片［３８］。圖２離子阱量子計算機芯片［３８］Ｆｉｇ．２Ｃｈｉｐｉｎｉｏｎ－ｔｒａｐｐｅｄｑｕａｎｔｕｍｃｏｍｐｕｔｅｒ［３８］２．１．２超導電路方案超導電路方案利用超導體中的約瑟夫森結(jié)來產(chǎn)生抗噪聲的量子比特。借助現(xiàn)有微加工技術(shù)，該方案可以很好地解決系統(tǒng)的可擴展問題，是一種非常有前景的量子計算機研制方案。目前，ＩＢＭ、谷歌、ＲｉｇｅｔｔｉＣｏｍｐｕｔｉｎｇ、阿里巴巴等國際知名公司以及中國科學技術(shù)大學都采用了該方案。圖３顯示了ＲｉｇｅｔｔｉＣｏｍｐｕｔｉｎｇ公司的超導處理器芯片［３９］。ＩＢＭ公司已研制出首臺獨立量子計算機ＱＳｙｓｔｅｍＯｎｅ并提供了云計算平臺；國內(nèi)外很多學者已基于該平臺開展量子計算方面的研究［４０－４２］。谷歌公司推出一款７２個量子比特的計算機Ｂｒｉｓｔｌｅｃｏｎｅ，而ＲｉｇｅｔｔｉＣｏｍｐｕｔｉｎｇ公司已啟動１２８量子比特的芯片研制計劃。另外，中國科學技術(shù)大學潘建偉院士團隊已研制出

航空學報０２３５０８－４圖３ＲｉｇｅｔｔｉＣｏｍｐｕｔｉｎｇ公司超導芯片［３９］Ｆｉｇ．３ＱＰＵｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＲｉｇｅｔｔｉＣｏｍｐｕｔｉｎｇ［３９］２．２典型量子計算機原型系統(tǒng)２．２．１ＩＢＭＱ系統(tǒng)早在２０１７年，ＩＢＭ就推出一款１７量子比特的量子計算原型系統(tǒng)（簡稱Ｑ系統(tǒng)）；２０１９年，ＩＢＭ在國際消費電子展上又推出ＱＳｙｓｔｅｍＯｎｅ，并宣稱它是專門為科學和商業(yè)用途設計的通用量子計算系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含２０個量子比特，采用模塊化和緊湊式設計，具備如下特點：①量子硬件能夠自動校準，提供高質(zhì)量的量子比特；②可以提供獨立的量子計算環(huán)境；③通過緊湊型高精度的電子元件控制量子比特；④采用混合計算模式，其中經(jīng)典計算提供安全的云訪問，量子模塊支持量子算法�；冢严到y(tǒng)，ＩＢＭ推出了免費的量子計算云服務ＱｕａｎｔｕｍＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅ。自２０１６年上線以來，該平臺已經(jīng)給各國科研人員提供了良好的量子算法研究環(huán)境，并催生出量子計算相關(guān)的許多成果。例如，Ｂｅｈｅｒａ等［４３］在Ｑ系統(tǒng)上驗證了兩種延長量子中繼器信息傳輸距離的途徑（即糾纏交換和凈化模式）；Ｍａｎｄｖｉｗａｌｌａ等［４４］利用４量子比特實現(xiàn)了Ｇｒｏｖｅｒ算法；付向群等實現(xiàn)了ｔ比特半經(jīng)典量子傅里葉變換，相比經(jīng)典算法可節(jié)省若干量子比特和門電路［４１］。２．２．２中國科學技術(shù)大學多光子可編程量子計算原型機２０１７年，中國科學技術(shù)大學潘建偉院士團隊聯(lián)合浙江大

【參考文獻】：
期刊論文
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