经典计算与多制式量子计算异构融合研究报告

经典计算与多制式量子计算异构融合研究报告 量子信息网络产业联盟 2025年3月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据观点、建议等，均不构成投资或法律建议，也不应替代律师意见本报告所有材料或内容的知识产权归量子信息网络产业联盟所有(注明是引自其他方的内容除外)，并受法律保护。如需转载需联系本联盟并获得授权许可。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字、图表或者观点的，应注明“来源：量子信息网络产业联盟”。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。。 量子信息网络产业联盟联系电话：010-62300592邮箱：qiia@caict.ac.cn 编制说明 量子计算作为量子信息技术的重要组成部分，是推动计算模式变革、突破算力瓶颈、构建新质生产力的重要方向之一。近年来，量子计算技术持续发展，在算法研究、硬件架构优化、计算资源调度等方面取得了一系列突破，逐步进入科研攻关、工程研发和应用探索并行推进的关键阶段。当前，量子计算仍处于中等含噪（NISQ）阶段，受物理噪声、误差校正等因素限制，其实际应用尚需进一步探索。为了最大化量子计算的优势，经典计算与多制式量子计算的异构融合正在成为有效方案。通过集成不同计算平台的优势，优化计算资源利用效率，异构融合有望实现更高效的量子信息处理，突破单一平台的局限。 本报告系统性的梳理了经典计算与多制式量子计算异构融合的技术进展和应用探索情况，旨在为相关领域的研究人员、工程师和产业界提供参考，助力量子计算技术的持续创新与落地应用。 编制单位：中国信息通信研究院、中移(苏州)软件技术有限公司、中国电子科技集团公司电子科学研究院、量子科技长三角产业创新中心。 编写组成员：贾玉、黄智国、韩济泽、李明悦、姚飞、赖俊森、张萌、栾添、岳寰宇。 前言 在信息技术快速发展的今天，量子计算作为新一代计算技术，展现出强大的潜力。尽管经典计算在某些领域表现优异，但在面对复杂计算问题时常常遇到瓶颈，而量子计算在特定问题上能够提供指数级加速，结合了两者优势的经典-量子混合算法，将推动计算能力的跃升。 当前，量子计算仍处于中等含噪（NISQ）阶段。为了最大化其优势，经典计算与多制式量子计算的异构融合成为了有效方案。通过集成不同平台的优势，优化计算资源利用效率，异构融合能实现更高效的量子信息处理，突破单一平台的局限。量子调度平台作为核心，提供精确时间同步、实时错误管理和高效数据转换，确保不同平台间的协同工作，从而提升整体计算性能和可靠性。 本研究报告共分为五章，相关章节内容安排如下： 第一章：引言—介绍了经典计算与多制式量子计算异构融合研究的必要性、优势和研究现状。 第二章：量子-经典融合研究—介绍了量子-经典融合研究的基本概念，及典型经典量子混合算法。 第三章：多制式量子计算异构融合研究—介绍了异构融合的意义、研发逻辑及研发策略。 第四章：异构量子调度平台技术研究建议。 第五章：总结及展望。 目录 二、量子-经典融合研究..................................................................................2 （一）基本概念.........................................................................................3（二）典型经典量子混合算法.................................................................41．组合优化问题.................................................................................42．量子机器学习.................................................................................63．量子纠错.........................................................................................8 三、多制式量子计算异构融合研究.............................................................11（一）异构融合意义...............................................................................11（二）研发逻辑.......................................................................................151．半经典多制式量子计算异构融合阶段.......................................152．全量子多制式量子计算异构融合阶段.......................................17（三）研发策略.......................................................................................181．异构融合算法的分割研发...........................................................182．异构融合测控系统研发...............................................................193．异构融合标准化协议...................................................................20四、异构量子调度平台技术研究.................................................................21（一）架构设计.......................................................................................221．系统架构.......................................................................................222．逻辑架构.......................................................................................223．技术架构.......................................................................................234．开发架构.......................................................................................23（二）系统时序设计...............................................................................241．全局时序.......................................................................................242．测控上位机交互时序...................................................................253．经典资源申请/交互时序..............................................................264．Circuit knitting执行时序.............................................................275．Cancel执行时序...........................................................................28五、总结及展望.............................................................................................29 图目录 图1混合量子-经典算法..................................................................................4图2组合优化问题...........................................................................................5图3量子近似优化算法...................................................................................6图4量子机器学习...........................................................................................7图5量子纠错...................................................................................................9图6逻辑量子态.............................................................................................11图7离子阱量子计算.....................................................................................13图8中性原子量子计算.................................................................................13图9超导量子计算.........................................................................................14图11逻辑架构...............................................................................................22图12技术架构...............................................................................................23图13开发架构...............................................................................................24图15全局时序...............................................................................................25图16经典资源申请/交互