量子程序设计研究的近期进展 应明生( University of Technology Sydney,清华大学) 引言 八年前,我与冯元、段润尧、季铮锋三位老师一起在本刊发表 过一篇量子程序理论研究的综述[1]。这些年,这个领域有了比较 大的进展,我自己对于一些问题的理解也有所不同。因此,非常高 兴得到吴俊杰教授邀请在他主编的专辑中再写一篇这方面的文章。 量子计算机硬件的研制这几年有较大的进展,但目前离实用化 还有很大的距离(想必其他老师会在本专辑详加论述)。因此,这 篇文章面临的第一个问题是:我们现在研究量子程序是不是太早了 其实这个问題我回答不好,但为了把这篇文章继续写下去,请允许 我谈两件事情。首先,早在1996年Klil已己经开始考虑量子程序设 计的问题,此后20年这方面已经有大量的研究工作发表。第二件事 情则扯得有点远。我国正在大力提倡原始创新,而原始创新只有在 新领域机会多一点,在成熟的领域则机会很少。量子程序恰好是 个正在兴起的新领域,希望有更多的年轻人参与研究。 当然,量子程序设计研究的是:如何为将来的量子计算机设 计程序?文章写到这里则面临第二个问题:既然我们目前并没有实 用化的量子计算机,那怎样研究量子程序?惭愧的是这个问题我也 回答不好,但本文中我将较为全面地介绍近年来的一些进展。等读 者耐心读完本文后,您自己一定能够根据已有的研究工作(以及您 认为应该研究而还没有得到研究的问题),比我更好地回答这个问 题。由于已有文[1],本文主要讨论2008年以后的工作。 总的来说,到目前为止关于量子程序的研究主要围绕以下两个 主题开展[2]:(1)过去为经典计算机发展的程序设计理论、方 法和技术如何扩展到量子计算机上?(2)什么样的新程序设计模型 方法和技术能够更有效地发挥量子计算机特有的优势?由于量子系 统的一些新特性(体现在量子程序中,如量子数据不可克隆、进程 之间的纠缠、量子程序变元可观测量的非交换性),已有的一些程 序设计的理论、方法和技术不适用于量子程序,而需要引入一系列 全新思想。 二.量子程序设计语言及其实现量子程序设计研究的近期进展 应明生(University of Technology Sydney, 清华大学) 一． 引言 八年前，我与冯元、段润尧、季铮锋三位老师一起在本刊发表 过一篇量子程序理论研究的综述［1］。这些年，这个领域有了比较 大的进展，我自己对于一些问题的理解也有所不同。因此，非常高 兴得到吴俊杰教授邀请在他主编的专辑中再写一篇这方面的文章。 量子计算机硬件的研制这几年有较大的进展，但目前离实用化 还有很大的距离（想必其他老师会在本专辑详加论述）。因此，这 篇文章面临的第一个问题是：我们现在研究量子程序是不是太早了？ 其实这个问题我回答不好，但为了把这篇文章继续写下去，请允许 我谈两件事情。首先，早在 1996 年 Knill 已经开始考虑量子程序设 计的问题，此后 20 年这方面已经有大量的研究工作发表。第二件事 情则扯得有点远。我国正在大力提倡原始创新，而原始创新只有在 新领域机会多一点，在成熟的领域则机会很少。量子程序恰好是一 个正在兴起的新领域，希望有更多的年轻人参与研究。 当然，量子程序设计研究的是：如何为将来的量子计算机设 计程序？文章写到这里则面临第二个问题：既然我们目前并没有实 用化的量子计算机，那怎样研究量子程序？惭愧的是这个问题我也 回答不好，但本文中我将较为全面地介绍近年来的一些进展。等读 者耐心读完本文后，您自己一定能够根据已有的研究工作（以及您 认为应该研究而还没有得到研究的问题），比我更好地回答这个问 题。由于已有文［1］，本文主要讨论 2008 年以后的工作。 总的来说，到目前为止关于量子程序的研究主要围绕以下两个 主题开展［2］： （1）过去为经典计算机发展的程序设计理论、方 法和技术如何扩展到量子计算机上？（2）什么样的新程序设计模型、 方法和技术能够更有效地发挥量子计算机特有的优势？由于量子系 统的一些新特性（体现在量子程序中，如量子数据不可克隆、进程 之间的纠缠、量子程序变元可观测量的非交换性），已有的一些程 序设计的理论、方法和技术不适用于量子程序，而需要引入一系列 全新思想。 二． 量子程序设计语言及其实现