前言

随着信息产业的高速发展，人们对算力的需求远远超过以往任何一个时代.为了实现更强大的数据处理能力，各种具有潜在颠覆性影响的计算理论和计算模型获得了越来越多的关注.量子计算作为其中最炙手可热的研究方向之一，在过去的几十年间，相关的理论和实验研究成果都取得了长足的进展.量子计算是一门由数学、计算机科学和量子物理学相结合的交叉学科，通过利用量子状态的相干性、纠缠特性、不可克隆性等量子力学基本原理，量子计算在实现某些计算任务时表现出了超越经典计算的计算能力，譬如较经典算法呈指数量级加速的解决整数素因数分解问题的Shor算法、较经典算法有平方量级加速的解决无序数据库搜索问题的Grover算法和解决线性方程组求解问题的HHL算法等.

本专题共收录了7篇论文，分别从量子算法、量子编译、量子容错性、量子体系结构和量子信息等方面对量子计算进行了介绍，反映了国内学者近期在量子计算理论研究方面的最新研究成果.

量子算法设计主要研究如何利用量子计算的特性来对各种计算问题的求解进行加速，是量子计算能够超越经典计算的核心关键.何键浩等作者的论文《量子优化算法综述》全面介绍了如何利用量子计算加速优化问题的求解，文章梳理了近20年来利用量子计算加速优化问题的主要设计技术，并侧重介绍近5年来连续变量优化算法的相关技术.潘世杰等作者的论文《量子谱回归算法》探讨了如何用量子计算技术改进子空间学习算法的复杂度.文章指出了之前量子谱回归算法的局限性，并采用了量子奇异值估计技术改进了原算法，使得在处理稠密矩阵时相对原算法有多项式加速.同时，文章提出了一个新的对经典高效谱回归进行加速的算法，能处理原来量子算法无法处理的问题.

在利用量子力学的特性获得超越经典计算的加速能力的道路上，量子算法的设计并非任务之全部.当有了一个好的量子算法之后，如何在量子设备上实现该算法同样是至关重要的问题.受限于目前量子计算设备的局限性，至少有2个问题亟待解决.首先是量子纠错的问题.量子设备总是具有误差的，并不能完美地实现理论上量子门所描述的效果.若不对这些错误加以处理，错误的积累会使得量子算法的实施变得毫无意义.张宇鹍等作者的论文《量子错误缓解研究进展》介绍和总结了量子错误缓解技术的最新进展，并展望了该技术未来发展的前景与方向.错误缓解是在含噪声中等尺度量子设备时代一种对错误进行压制的技术，相对量子纠错而言不需要巨大的开销，它允许仅通过中等大小的额外资源来获得可接受的计算精度，并在理论及实验上展示出了其可行性.第2个问题是量子比特映射.受限于目前量子计算设备的设计，并不是任何2个量子比特之间都可以放置量子门，即使可以放置，其错误率也并不相同.量子比特映射问题就要研究如何将量子算法映射至量子芯片中的健壮区域上，以获得更高成功率.窦星磊等作者的论文《面向超导量子计算机的程序映射技术研究》介绍了量子程序映射的相关成果，并对相关研究进行分类，深入分析了其特点与区别，同时针对并发量子程序映射问题提出了一种新的映射策略.除了以上2个问题之外，目前量子计算机的发展相对经典计算机来说还处于非常早期的阶段，量子比特如何实现、量子算法如何转化成可实现的量子电路、硬件软件如何协同开发等问题都没有统一的解决方式.付祥等作者的论文《一种面向含噪中尺度量子技术的量子-经典异构计算系统》则探讨了量子系统的构建方式.文章对比了量子计算与经典计算在控制及执行上的异同，并在此基础上提出了面向NISQ时代的量子经典异构系统.以一个典型的NISQ算法(迭代相位估计算法)为例，文章介绍了量子算法从软件描述到硬件执行的整体流程，及与该过程相关的高级程序设计语言、编译器、量子软硬件接口和硬件等.在此基础上讨论了流程中各个层次在NISQ时代面临的挑战.

另外2篇论文侧重于对量子计算的根基——量子状态的相干性、纠缠特性、不可克隆性以及不确定性等量子力学基本原理的探讨.李萌等作者的论文《两硬币量子游走模型中的相干动力学》讨论了量子游走模型，这是量子计算的一个重要模型，而多硬币量子游走模型由于其在量子通信协议中表现突出而越来越受到人们的关注.文章主要对一维圆周上两硬币量子游走模型的量子相干性进行了分析，该分析不仅能刻画量子态的特点，也可以反映量子演化过程的性质.张淑仪等作者的论文《量子假设检验互信息》讨论了von Neumann互信息，这是Shannon互信息在量子信息中的推广，在量子信道容量中有重要的应用.由于量子态的非对易性，许多经典信息论中的量化在量子信息中有完全不等价的推广定义.量子假设检验相对熵来自于假设检验问题，是量子信息处理中常用的基本量化之一.在该文中则主要使用了量子假设检验相对熵讨论量子互信息的一些性质.

当前美欧主要国家都在积极部署量子计算的发展，国家《十四五规划和2035年远景目标纲要》中也强调了要加快布局量子计算，然而目前国内量子计算领域的人才非常缺乏，特别是计算机领域从事量子计算的科研人员还很少，非常感谢《计算机研究与发展》出版“量子计算”专题，希望本专题能够吸引更多的科研人员投入到量子计算的研究中来，推动国内量子计算科学的研究.