量子信息具有相干性、纠缠性、非定域性和不可克隆性（测量会破坏相关性）等经典信息无可比拟的优越特性，使得超高速量子并行计算和绝对安全的量子保密通信成为可能，量子信息技术已成为过去十几年发展最迅速的科学研究领域之一，同时也成为各国高技术的战略竞争焦点之一。量子计算是量子信息技术的主要研究方向，并与光计算、生物计算一起构成了新概念计算的重要研究内容。

量子计算是以量子力学原理为基础，利用量子叠加原理和量子纠缠特性实现信息输入、信息处理及信息提取的并行计算方式。其基本原理是用二能级系统作为信息处理单元（量子比特qubit），通过对量子态的调控，完成复杂的计算和信息处理。在经典计算中，基本信息单位为比特，运算对象是各种比特序列。与此类似，在量子计算中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上，而且还可以处于纠缠态上。量子计算具有不同于经典计算的特点：（1）用量子态编码和存储信息；（2）用量子力学幺正时间演化算子进行信息处理和传输，运算过程可逆；（3）多位量子态的相干和纠缠使量子计算成为大规模的并行运算。

量子计算技术能克服特征尺寸减小引起的热耗效应和量子效应对现有计算机进一步发展的制约，极大提高计算速度和信息处理能力，大规模实用型量子计算机的实现将满足海量信息存储与处理、武器装备研制、战场态势分析与数据传输、信息安全、重大科学问题研究对计算速度不断提高的需求，将在经济与社会发展、国防、金融、能源、科技等与国家利益密切相关的领域发挥巨大作用，成为国防安全建设和国家创新体系的重要基础设施。

（一）量子计算是信息科技发展的内在需求，将成为下一代计算机的重要发展方向

根据预测，传统硅基CMOS技术在2020年前后将达到其10纳米尺寸和物理极限，经典物理规律将不再适用，摩尔定律将面临失效，各种量子效应会显现出来并最终成为微尺度下的普遍行为，必须开发基于量子力学的新原理器件，更要把量子力学原理与信息技术结合起来，发展全新的量子信息技术，从而孕育一场新的信息技术革命。另一方面，随着科技的发展和实验手段的进步，现在已经可以在量子层次来对物质进行操控，这也使得量子计算成为可能。量子计算机不仅能克服特征尺寸减少引起的热耗效应和量子效应对现有计算机进一步发展的制约，解决经典计算机制造中面临的摩尔定律失效问题，成为摩尔定律的终结者，而且能够突破经典计算极限，满足计算速度不断提高的需求，必将引起计算机理论领域的革命，成为下一代计算机发展重要方向。

（二）量子计算是社会信息量爆炸式增长的需求，将有利于解决海量数据处理难题

专家认为，过去50年以来技术发展遭遇过4次瓶颈：在20世纪70年代，处理器速度是瓶颈；20世纪80年代，存储器容量是瓶颈；20世纪90年代，网络带宽是瓶颈；目前，海量数据存取是瓶颈。目前世界上每年产生并存储的数据多达1018字节，专家预计，2020年以后信息量每73天就要翻一番。当前计算机处理海量数据的能力非常薄弱，传统计算机性能的提高远远满足不了人类社会信息量的爆炸式增长的需求，迫切需要发展超大信息容量和超快运算速度的高性能计算机，而量子计算机将能有效满足这一需求。

（三）量子计算是国防和军队建设的需求，将有效支撑先进武器装备研制和战场环境建设

量子计算能为军事上有重要应用的复杂问题提供高效的解决方案，未来大规模实用型量子计算机的实现，将有效支撑先进武器装备研制和国防安全对高性能计算的需求。量子计算机与量子通信将使未来军队提供精确后勤保障成为可能，并能做到对一体化的部署、配送和持续保障系统实现极高水平的控制，使部署在全球任何地方的士兵都能精确地在正确的时间、正确的地点得到正确的保障。量子计算机在无人作战系统上有很好的应用前景，主要用于计算机视觉导航的图像处理和模式识别。此外，量子计算能使下一代原子钟准确度提高10倍，从而大幅提高定位、导航、预警和精确打击能力。

（四）量子计算是迎接信息安全挑战的需要，将成为信息对抗领域的“原子弹”

量子计算机最直接的应用领域之一是密码破译，一旦量子计算机成为现实，目前使用的RSA公开密钥体系将被攻破，对基于经典保密系统领域的信息安全构成了根本性的威胁，从而直接影响到经济安全、国防安全乃至整个国家安全，成为信息对抗领域的“原子弹”。但是，另一方面，基于量子力学的测不准原理，量子技术将提供了一种理论上绝对安全的量子密钥分配方案，因此，量子计算机将成为未来其对信息安全所构成威胁的重要应对措施和解决方案。

（五）量子计算是科学研究领域发展的需求，将成为科学研究的基本技术手段

对一个量子力学体系进行模拟，需要的计算资源是体系大小的指数函数，经典计算机无法满足模拟需求。对量子体系的模拟，必须使用以量子力学原理进行计算的量子计算机。量子计算机在科学研究领域具有广泛应用前景，主要用于量子模拟系统。量子计算机的实现将为强关联物理学（凝聚态物理和核物理的研究核心）提供完美的检验场所，用于准确描述化学合成反应过程、构建复杂分子模型、设计与开发新型药物、深刻认识高温超导机理、发现夸克受限原因、模拟宇宙演化、模拟大脑信息处理过程等科学研究领域，甚至带来全新的科学发现（如新物质态的发现），成为导致新的物理发现或技术发明的基本研究手段。

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