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量子计算
量子计算在从量子计算机读取信息时尤其重要（Aaronson，2008 年）。量子计算机可以同时计算和测试大量假设组合，而不是按顺序计算和测试（S.-S. Li 等人，2001 年）。此外，一些量子算法可以设计成用比传统算法少得多的步骤解决问题（其复杂性较低）。因此，量子计算可能代表未来几年现代 IT 的重大突破，并可能开启向“第五次工业革命”的过渡（Hadda & Schinasi-Halet，2019 年）。首批实验显示出令人鼓舞的结果，例如谷歌在 2019 年进行的实验，该公司声称已经实现了所谓的量子霸权（IBM“量子优势”）（Arute 等人，2019 年）。在一项人工实验中，他们证明可编程量子设备可以在可行的时间内解决传统计算机无法解决的问题。然而，谷歌量子计算机解决的任务是根据所使用的特定量子硬件定制的，没有实际应用。尽管如此，这仍然是一个重要的概念证明。此外，2020 年，中国科学家声称已经建造了一台量子计算机，其执行特定计算的速度比世界上最先进的超级计算机快约 100 万亿倍（Zhong et al., 2020）。鉴于目前的发展状况，专家预计量子计算可以提供前所未有的优势，特别是在优化、人工智能和模拟领域（Langione et al., 2019; Ménard et al., 2020）。分子模拟（用于化学和制药行业）很可能成为量子计算机的首批实际应用之一。这是因为分子直接遵循量子力学定律，所以使用量子计算机是模拟它们最自然的方式。其他可能很快受益的行业包括金融业、运输和物流业、全球能源和材料业，以及气象学或网络安全等领域（Gerbert & Ruess，2018 年；Langione 等人，2019 年；Ménard 等人，2020 年）。然而，迄今为止，量子计算在物理学和计算机科学领域仍存在大量未解决的挑战，从硬件架构和数据管理到应用软件和算法，这需要在所有这些领域及其他领域进行基础研究（Almudever 等人，2017 年）。为了指导信息系统（IS）研究，本基础提供了量子计算的基本概念并描述了研究机会。因此，我们在第二部分简要概述了量子计算机系统及其量子计算机的三个层：硬件、系统软件和应用层。第三部分介绍了量子计算的潜在应用领域。1在此基础上，
什么是计算科学？
高级计算科学研究所 (IACS) 由来自各个学科的教职员工和学生组成，他们在各自的研究领域交叉领域中寻求发现和学习，而这些领域的共同点是使用计算机来模拟我们周围的世界或分析大或小的数据。我们获得了 2000 万美元的捐赠基金资助，由一个包容、有远见和世界知名的研究人员社区领导，他们在高度协作的环境中工作，并可以使用强大的计算机资源。IACS 普遍存在的支持和鼓励的创业、智囊团文化使我们的学生和博士后能够建立联系，从而提升他们的职业生涯并激发他们的好奇心。IACS 学生毕业时具备编程、数据科学和现代计算机以及应用数学方面的基本技能和基础知识，并具备在相关学科中进行有效沟通的能力。acRRFSKKROR
量子计算
4. 结果 8 4.1.量子电路的数学描述。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 8 4.1.1.量子比特的量子门。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 8 4.1.2.用于多个量子位的量子门。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 12 4.2.主要的量子算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 15 4.2.1. Deutsch-Jozsa 算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 16 4.2.2. Bernstein-Vazirani 算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 17 4.2.3.西蒙算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 17 4.2.4.量子傅里叶变换（QFT）。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 18 4.2.5.相位估计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 20 4.2.6. Grover 算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 21 4.2.7. Shor 算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 23 4.3.量子算法的复杂性。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 24 4.3.1. Deutsch-Jozsa 算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 24 4.3.2. Bernstein-Vazirani 算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 24 4.3.3.西蒙算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 24 4.3.4. Grover 算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 24 4.3.5. Shor 算法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。二十五