量子-经典融合计算发展现状与趋势研究

量子-经典融合计算发展现状与趋势研究

量子计算当前正处于一个关键的发展阶段，其中理论研究、工程研发、应用探索与产业培育都在并行推进。然而，目前量子计算处理器的硬件性能尚不能满足大规模应用问题求解的需求。在这个背景下，量子-经典融合计算应运而生，融合了量子计算与经典计算的优势，为复杂问题的解决提供了崭新的思路和方法，从而迅速成为业界瞩目的焦点。

量子-经典融合计算的概念与关键技术

量子-经典融合计算是一种将量子计算和经典计算相结合的计算模式，它利用量子计算在某些特定问题上的优势，同时借助经典计算的强大处理能力，实现复杂问题的高效求解。这种计算模式的核心在于如何有效地将量子计算和经典计算进行融合，以充分发挥各自的优势。

关键技术

1. 量子-经典异构算力混合：通过将量子计算单元与经典计算单元进行物理或逻辑上的结合，实现计算任务的协同处理。这种混合架构可以是硬件层面的，也可以是软件层面的，关键在于如何实现量子计算和经典计算之间的高效通信和数据交换。

图1 量子-经典异构算力混合示意图

2. 量子-经典融合计算的技术体系架构：量子-经典融合计算的技术体系架构主要包括量子计算单元、经典计算单元、量子-经典接口以及融合计算软件栈。其中，量子计算单元负责执行量子算法，经典计算单元负责处理经典计算任务，量子-经典接口负责实现两者之间的数据交换和通信，融合计算软件栈则负责提供统一的编程模型和开发环境。

图2 量子-经典融合计算的技术体系架构

发展现状与趋势

量子-经典融合计算的研究目前正处于快速发展阶段。从技术层面来看，量子计算硬件的性能不断提升，经典计算硬件也在持续优化，为量子-经典融合计算提供了坚实的基础。同时，量子-经典融合计算的软件栈也在不断完善，包括量子编程语言、量子算法库、量子-经典接口等，为开发者提供了丰富的工具和资源。

从应用层面来看，量子-经典融合计算已经在多个领域展现出巨大的潜力。例如，在化学模拟领域，量子-经典融合计算可以实现更精确的分子模拟；在优化问题求解领域，量子-经典融合计算可以提供更高效的解决方案；在机器学习领域，量子-经典融合计算可以实现更强大的模型训练和推理能力。

未来展望与建议

量子-经典融合计算作为量子计算和经典计算的有机结合，具有广阔的发展前景。未来，随着量子计算硬件的进一步发展和经典计算硬件的持续优化，量子-经典融合计算的性能将得到显著提升。同时，随着量子-经典融合计算软件栈的不断完善，开发者的使用门槛将大幅降低，应用范围将进一步扩大。

为了推动量子-经典融合计算的发展，建议从以下几个方面入手：

1. 加强量子计算硬件的研发，提升量子计算单元的性能和稳定性；
2. 优化经典计算硬件，提高经典计算单元的处理能力和效率；
3. 完善量子-经典融合计算的软件栈，提供更丰富的开发工具和资源；
4. 加强量子-经典融合计算的应用研究，探索更多应用场景和解决方案；
5. 培养量子-经典融合计算的专业人才，推动相关领域的教育和培训。

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本文原文来自《信息通信技术与政策》期刊，作者为张萌、王敬、黄智国、钱岭。