内容来源：量子前哨（ID：Qforepost）

编辑丨慕一  编译/排版丨沛贤

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近日，美国计算社区联盟 (CCC) 发布了过去五年量子计算进展的最新报告。CCC还分享了美国东北大学库里计算机科学学院包容性计算中心的执行主任Catherine Gill关于该报告的评价：

量子计算目前正处于“含噪声中等规模量子（NISQ）时代”，这意味着量子计算机仍然容易出现高错误率，并且只能维持很少的逻辑量子比特。然而，量子纠错方面的工作正助力量子计算向容错系统过渡。"杜克大学工程学教授Kenneth Brown说："过去五年，量子计算机硬件取得了显著进展，但在减少错误和扩展系统方面仍存在挑战。我们认为，将量子计算、计算机体系结构和系统工程方面的专家聚集在一起，共同规划未来十年的发展至关重要"。

Catherine Gill是美国东北大学库里计算机科学学院包容性计算中心的执行主任。她热衷于跨部门（大学、私营企业、非营利组织、政府）合作，打破阻碍深度合作和突破性创新的孤岛和壁垒，从而带来积极的社会变革。

 2023年的量子计算机具有有限数量的量子比特，并且能够执行有限数量的门。为了使用量子计算机来研究具有挑战性的科学问题（例如金属有机酶活性中心的量子动力学），我们需要能够执行更多操作（图片由K.Brown 和 E.Edwards提供）

研报重点关注五个领域：

1.扩展的技术和架构：可扩展的架构要求更大的系统计算错误率更低，并降低每个量子比特的成本，而实现可实用的量子计算将需要学术界和工业界的创造力和跨学科合作，以此产生更多的量子技术创新。

此外，基于实际系统动力学改进的模型将通过定义我们在落地理论量子系统时必须考虑的实际约束来推动技术的发展。

2.应用程序和算法：需要更多具有实用量子优势的应用和算法。包括具有已验证的实验优势的近期应用，又需要继续开发具有强有力的优势理论依据的关键应用。为了实现这些目标，我们建议减少关键应用程序的资源需求，通过领域集成探索近期应用程序，并对硬件进行基准测试以支持算法开发。

3.容错和错误缓解：QC会受到噪声的限制。在短期内，错误缓解将降低应用噪声，而量子纠错 (QEC) 演示将为未来的QC设计提供信息。大规模量子计算将需要纠错和容错。

当前QEC代码的发展为量子架构的协同设计提供了机会。结合容错原理和错误缓解方法的系统可以充当当前系统和未来大规模质量控制之间的桥梁。

4.混合量子经典系统：架构、资源管理和安全性量子硬件可能在专业计算方面具有优势，并且大多数实际问题的解决方案将需要具有大量经典计算与量子计算结合的混合解决方案。

这些混合系统以及在其上运行的混合算法将是研究的关键领域。用于量子电路优化、模拟和验证的经典计算也将成为关键推动因素。此外，面对潜在漏洞时，量子系统的安全设计同样是一个重要问题。

5.工具和编程语言：目前量子编程工具仍然相对较新。如今的量子编程需要对数学及其相关的线性代数有深入的了解。即使掌握了这些知识，众所周知的算法对于新手来说仍然不直观，而且对于量子专家来说，新算法也很难推理。

为了欢迎该领域的新用户、促进研究并允许扩展具有量子优势的程序，需要高效的高级量子编程建模。所以无论是近期还是长期的硬件设施，都需要软件工程基础设施来进行编译、验证和模拟。

下文的量子技术分类信息图是很好的入门读物。由于量子技术分类的数量似乎每天都在增长，所以下图将会不断完善。

一些领先的量子信息技术及其特点的总结（图片来源：网络）

报告总结道：“量子计算正处于历史性的关键时刻，过去5年在工程方面取得了实质性进展，并在未来5年向容错系统过渡。这份报告总结了我们从NISQ系统中学到的知识，研究了计算机科学家在技术探索中发挥重要作用的5个关键领域。”

该报告的有趣发现之一是建议标准化质量控制基准。“我们建议探索标准化基准测试框架，以确定一组基准，使我们能够评估量子平台、算法和潜在的行业问题。

例如，端到端量子机器学习基准使我们不仅可以评估量子设备的总体性能，还可以评估算法的噪声恢复能力和数据敏感性。在其他社区（计算机科学家、机器学习社区）的投入下，对广泛接受的基准进行更多的工作也可能会导致其他领域专家的合作和兴趣的增加。”

2006年3月，美国国家科学基金会NSF发布了一份招标书，它希望建立一个计算社区联盟。同年10月，美国计算研究会CRA提交了一份提案，该提案得到了132个博士学位授予学术项目、16家领先公司、7个主要国家实验室和研究中心以及该领域的5个专业协会的明确支持信的支持。在积极的外部同行评审下，CCC于2006年底通过NSF和CRA之间的合作协议成立。