量子信息科学研究物理系统量子态的制备和控制，以实现信息的传输和操控，包括量子通信、量子计算和量子信息。人们普遍认为，量子信息科学将引发通信、计算和信息领域新一轮的技术创新。详情请参阅王（2012）、王等（2016）以及王和宋（2020）。量子计算作为量子信息科学的瑰宝，引起了从计算机科学到物理学、从化学到工程学等各个领域的广泛关注和极大关注。理论上已经证明，量子计算算法在解决某些棘手的计算问题时可以比最佳或最优的经典算法快得多。谷歌量子人工智能团队在实验中为其新研制的量子计算机设计了一个硬采样问题，并成功地在 253 ≈ 1016 维的计算空间中对量子计算机进行了采样计算，这几乎超出了目前最快的经典超级计算机的能力范围（详情见第 4.1 节和 Arute 等人（2019）Zhong 等人（2020）。很多媒体报道说，量子计算机计算 3 分 20 秒，而世界上最强大的超级计算机则需要 10,000 年。