量子计算利用量子力学现象(例如叠加和纠缠)进行计算。量子计算是由量子电路实现的。量子电路基于量子比特和量子门,其计算是通过使用量子门操纵量子位来完成的。量子计算机可以通过理论或物理的方式实现。在物理实现的基础上,研究者可以访问量子模拟器或者真正的量子计算机。随着近年来量子理论和技术的快速发展,特别是一些量子云计算平台的出现,越来越多的研究者不再满足量子计算(尤其是量子算法)的理论推导和仿真验证,而在真正的量子设备上进行实验验证已经成为一种新的趋势。研究量子电路的功能和通过量子算法解决实际应用问题成为我们的主要研究内容,主要研究工作及成果如下:1、量子计算中量子线路的酉矩阵自动生成算法研究了量子电路的酉矩阵的自动生成。将量子电路分为六种类型,给出了每种类型的幺正算子表达式。在此基础上,提出了一种计算量子电路酉矩阵的算法。然后,针对由量子逻辑门组成的量子逻辑电路,提出了一种用真值表计算量子电路幺正矩阵的快速方法。最后,将该算法应用于基于NCT库(包括NOT门、Controlled-NOT门、Toffoli门),和广义Toffoli库的不同可逆基准电路,并给出了我们的实验结果。2、基于Grover算法的两个机械臂线路规划问题的研究详细介绍了量子算法Grover搜索算法,并给出了求解两个机械臂线路规划问题的方案。Grover算法在一个“黑盒”(未排序的数据集)上执行搜索,以找到满足Oracle的元素。经典算法中我们依次测试每个元素,直到找到所搜索的元素,平均(N+1)/2次,最坏情况是N次,因此时间复杂度是O(N)。不同于经典算法,Grover量子搜索算法提供了二次加速,其时间复杂度为O((?))。为了利用Grover算法的特性,解决有限搜索空间内非结构化数据的约束满足性问题,我们将Grover算法应用于解决实际问题,提出了一种新的基于Grover搜索算法的两个协作机械臂路径规划问题的量子算法。给出了该问题的一个具体实例,详细介绍了建立Grover Oracle的过程。该方法利用IBM Qiskit实现和模拟,最后以最小的代价找到了两个机械臂的最优路径序列。该方法对旅行商问题及相关路径问题具有很好的推广意义和启发意义。