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混合量子计算概念

从某种意义上说，所有量子计算都是混合的。 最早的量子系统使用经典进程将指令发送到量子计算机，并接收和处理生成的数据。 最先进的混合体系结构在经典和量子计算之间带来了更紧密、更丰富的集成，加快执行时间，为新一代算法打开大门。 例如，经典计算通常比某些任务的量子计算更快、更高效，例如数据处理和分析。 但是，量子计算对某些类型的优化和模拟问题的性能更好。

经典寄存器和量子寄存器

在量子计算中，尽管经典处理器和量子处理器紧密集成，但它们仍然是独立的物理实体，混合量子计算程序可以利用其每个功能。

经典寄存器使用熟悉的基于硅芯片的体系结构，最适合于向量子处理器发送指令、捕获测量结果以及使用这些结果来确定下一组指令等操作。

量子寄存器是由多个量子比特组成的系统。 量子计算机擅长通过操作量子寄存器中的量子比特来执行复杂的计算。

中电路测量

中间电路测量是在程序执行期间在各个点执行量子状态测量的过程，而不仅仅是在末尾执行。 这些度量用于获取有关系统的中间状态的信息，由经典代码用来对程序的流进行实时决策。 中间线路测量还通过验证线路在某个点的状态，在继续之前验证线路的状态，以及与量子比特重用密切相关，充当错误更正“理智检查”。

量子比特重用

如今的量子计算机能够支持越来越多的量子比特。 但是，我们仍然无法支持运行完全容错计算所需的数百万量子比特。 有关所需的量子计算机规模的详细信息，请参阅 资源估算简介。 此外，最好尽可能少地使用量子比特。

量子比特重用是设计线路以在量子计算中多次使用同一量子位的做法，以最大程度地减少运行程序所需的总量子位。 例如，在执行 中间线路测量 和处理结果后，可以重置并重复使用该量子比特进行另一个计算，而不是分配新的量子比特。 在量子计算中重新使用量子比特有多种技术，例如量子传送、量子误差更正和基于测量的量子计算。

错误缓解

若要使当前量子硬件对错误和噪音更可靠， 可以使用逻辑量子比特 。 逻辑量子比特是使用多个物理量子比特来创建的，用于对量子信息进行编码和保护。 但是，由于必须使用多个量子比特来创建一个逻辑量子比特，因此可以用于计算的量子比特总数会减少。 随着硬件支持更多物理量子比特的能力增加，容错功能也会增加。

除了使用逻辑量子比特之外，还可以使用多种测量、设计减少所需操作的算法或调整量子门上的参数以减少干扰的影响等技术来缓解量子计算中的错误。

错误更正和容错

错误更正和容错是量子计算的关键方面，因为量子比特比传统位更容易出错，因为量子态的微妙性质，需要高度容错系统才能实现分布式混合量子计算的全部优势。 在经典计算中，可以通过向计算添加冗余并使用错误更正代码来更正错误。 但是，传统的误差修正技术不适用于量子计算，因为它们依赖于能够多次重复计算，这 在量子计算中由于无克隆定理而无法实现。

Floquet 代码 是一类新的错误代码，可动态响应干扰和错误，而不是防止静态错误的传统更正代码。 有关详细信息，请参阅 使用 Floquet 代码进行错误更正。

混合算法

• Variational Quantum Eigensolver （VQE） - 量子化学、量子模拟和优化问题的量子算法，用于查找给定物理系统的地面状态。 经典计算机用于定义具有特定参数的量子线路。 测量量子状态后，经典计算机将评估如何改进参数，然后重新提交线路。 VQE 通常是长时间运行的程序，可以受益于混合量子计算的更紧密集成。
• Quantum Approximate Optimization Algorithm （QAOA） - 也是一种变体量子算法，它用于查找用于组合优化问题的近似解决方案-问题，其中可能的解决方案数量随问题的大小而增长非常大。 它是一个活跃的研究领域，用于确定其适用性，如空中交通管制、航运或交付路线或财务优化。
• 迭代相位估计 - 是执行 量子相位估计的另一种方法，它估计一元运算符的相位，并用于许多其他量子算法。 这两种方法都使用一系列旋转门来确定相位，但迭代相位估计利用经典寄存器来存储有关门测量的信息和计算。 这样可以减少所需的量子比特数，并最大程度地减少干扰和错误。

有关量子算法的详细信息，请访问 Quantum Algorithm Zoo。