摘要 — 量子技术充满了比喻和字面噪音,掩盖了它的前景。在本概述中,我们将尝试对量子技术的前景进行冷静的评估,重点是计算。我们对量子计算和量子技术进行了一次介绍,旨在让科学家和工程师能够理解,但又不至于成为一篇通俗易懂的文章。我们的目标不是全面的回顾或肤浅的介绍,而是作为一张有用的地图,引导读者了解关于量子技术和量子计算的炒作、科学文献和即将发布的新闻稿。我们的目标是引用最新的主题评论和关键结果,并引导读者远离谬论,关注当前量子计算文献中的积极讨论。本文的目标是在不损害科学性的情况下,做到学究式的介绍。量子技术领域,尤其是量子计算技术,已经成为学术界和企业研究与开发的活跃领域。它也成为全球公司、政府和私人投资者大量投资的领域。例如,2021 年全球投资估计为 244 亿美元,其中美国通过《国家量子计划法案》在五年内拨款 12 亿美元 [1],[2]。到目前为止,这项全球投资已经在技术进步、旗舰实验和重大智力发展方面获得了回报。量子技术是依赖于独特量子资源的探测器、设备和通信系统,量子计算是利用这些量子技术来加速或以其他方式改进计算任务和问题的解决方案。量子力学的封装产生了许多可用于存储和操纵量子信息的量子技术。假设信息是物理的 [3],携带或存储该信息的物体可能表现出独特的量子行为,然后我们将存储的信息称为量子信息。如果我们将信息的最小单位视为取值为零或一的比特,那么类似地,量子信息的最小单位是量子比特(或量子位)。第一部分概述了关键的现代量子技术。第二部分给出了驱动这些设备的理论。我们对量子力学的介绍有些新颖,因为我们从量子态开始,将其作为直接从普通概率密度向量扩展而来的量子概率密度矩阵。这些关键思想为
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