Building a useful quantum computer is a grand science and engineering challenge, currently pursued intensely by teams around the world. In the 1980s, Richard Feynman and Yuri Manin observed independently that computers based on quantum mechanics might enable better simulations of quantum phenomena. Their vision remained an intellectual curiosity until Peter Shor published his famous quantum algorithm for integer factoring, and shortly thereafter a proof that errors in quantum computations can be corrected. Since then, quantum computing R&D has progressed rapidly, from small-scale experiments in university physics laboratories to well-funded industrial efforts and prototypes. Hype notwithstanding, quantum computers have yet to solve scientifically or practically important problems -- a target often called quantum utility. In this article, we describe the capabilities of contemporary quantum computers, compare them to the requirements of quantum utility, and illustrate how to track progress from today to utility. We highlight key science and engineering challenges on the road to quantum utility, touching on relevant aspects of our own research.


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量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。对照于传统的通用计算机,其理论模型是通用图灵机;通用的量子计算机,其理论模型是用量子力学规律重新诠释的通用图灵机。从可计算的问题来看,量子计算机只能解决传统计算机所能解决的问题,但是从计算的效率上,由于量子力学叠加性的存在,目前某些已知的量子算法在处理问题时速度要快于传统的通用计算机。

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