量子計算與量子資訊之量子計算概述
（這個是連載的哦，期待大家的持續關注啦…）
文章目錄
- 量子計算與量子資訊之量子計算概述
- 一、引言
- 二、初步感覺
- 三、引言與概述
- 四、量子比特
- 1、量子比特的概念
- 2、Bloch球
- 3、多量子比特
- 五、量子計算概述
- 1、單量子比特門
- 2、多量子比特門
- 3、其他的狀态舉例
- 4、量子線路
- 5、舉例
- 5.1、例一
- 5.2、例二
- 我的計算
- 量子隐形傳态的電路的搭建
- 1、建構Bell态
- 2、實作量子隐形傳态
- 3、搭建完成
- 六、量子算法
- 1、量子計算實作經典的計算
- 2、并行計算的方法
- 3、Deutsch算法
- 4、DJ算法的實作
一、引言
當今，量子技術十分的火熱，譬如說：量子通信、量子計算、量子隐形傳态等等。
我國的量子計算機也取得了一些舉世矚目的成就，那就是九章量子計算機。
但是，實際上，我國并沒有一門專門的課程來學習量子計算等問題，國外雖然有一些書籍和教學視訊，但又往往不符合國人的胃口，這就造成了不少國内的學者想要學習量子計算，但是苦于沒有途徑的局面。
基于這樣的現狀，本人在這裡，利用Quantum Computation And Quantum Information （量子計算與量子資訊）這本業界中的神書來進行量子計算以及量子資訊的内容講解與介紹，旨在幫助讀者學習量子計算的相關内容。
在講解的同時，我們還會在某些時候利用如下的網站進行仿真實驗：
https://algassert.com/quirk
這個平台來進行量子計算模拟的實驗是挺不錯的，這個平台總體來講還是非常不錯的，可以實時的更新url來實作電路與網址之間的對應，而且可以實時顯示變化的裝态，挺好的啦。
後續使用的時候，我們會進一步詳細介紹這個平台的啦。
然後，有機會的話，我還會在适當的時候給出一些有意思或者非常有價值的一些習題，以這種方法來幫助大家更好的了解和領悟量子計算的本質内容了啦。
二、初步感覺
有人可能覺得量子計算非常高大上，隻有實體非常好的人才可以從事這樣的研究，其實并非如此的，量子計算不需要讓你去求解薛定谔方程那樣的複雜的數學問題，而是主要專注于邏輯方面的内容，很多實體上面的問題都是已經得到的現成的結論，我們直接拿去使用就可以了。
下面給出一些量子計算中常常用到的東西：
那些量子門是不是很像我們最喜歡的數字電路裡面的一些邏輯門？
那些量子門的矩陣形式的表述是不是就是我們也非常喜歡而且熟悉的線性代數裡面的矩陣呢？
實際上，
我們通過借助以前我們學習過的那些知識，并對大寫知識加以利用和延拓，确實是非常有助于我們對量子計算進行學習的啦。
三、引言與概述
量子計算以及量子資訊的研究對象主要就是用量子力學系統能夠完成的資訊處理的任務。
我們在量子計算之中，将會把主要的着重，放在于利用量子态的疊加性進行高速的運算等操作，雖然目前已經有了很大的進展，大距離我們的大規模量子計算機還有很大的差距，是以，我們還是需要更加努力的工作的，也希望有更多的人可以投入到量子計算的研究上去。
四、量子比特
1、量子比特的概念
比特是經典計算機中非常基礎的一個概念，是計算機處理問題的基礎，計算機把各種問題轉換為二進制的形式，然後進行運算等等。
在量子計算中也有類似的概念，即就是量子比特，我們這裡，将量子比特，描述為一個具有特定數學屬性的數學對象。
這裡， 你可能會好奇，為什麼不描述為一個實體對象？
這是因為，誠然，量子比特确實是一個實體對象，而且也是由實體系統來實作的，但是我們知道，一個實體對象往往是通過數學形式進行表述的，而且，在量子計算之中，量子比特的處理方法就是通過數學上的運算進行實作的，即就是說，我們主要是将量子比特當做一個數學對象進行處理的額，比如：量子比特與線性代數中的矩陣進行互相作用得到最終輸出的結果。我們這樣操作相當于是以數學的方式來進行研究量子計算，這也是十分合理的。進而，我們建立了一個不依賴于任何實際的實體系統的量子計算以及量子資訊的模型，處理起來會比較的友善了。
那麼究竟什麼是量子比特呢？
經典比特有0和1兩個狀态，同樣的量子比特也有 ∣0⟩ 和 ∣1 ⟩兩個基本的狀态，而量子比特與經典比特最大的差別就是在于，量子比特是一個疊加的狀态∣ψ⟩ =α∣0⟩ +β∣1⟩ ，也就是說，量子比特是兩個基本的狀态的一個線性組合，稱為疊加态。相當于是說，量子比特是二位的一個矢量，而那兩個基本的狀态就是二維空間裡面的基底了。一般而言，量子比特的狀态是二維空間中的一個複向量。盡管這麼奇特，但是量子比特确實是存在的，大量的實驗已經證明了這一點。
2、Bloch球
Bloch球可以用來描述一個量子比特所處的實際的狀态。
實際上，我們發現，這個Bloch球與我們經常使用的球坐标是類似的，隻不過是采用了不同的表述而已了啦。
下面是一些狀态的舉例，具體的舉例如下圖所示：
3、多量子比特
由于這裡的公式比較多，比較繁瑣，不太好輸入，我們就直接使用圖檔的形式進行展示了，但是效果其實還是一樣的額。
五、量子計算概述
量子狀态的而變化可以使用量子計算的語言來進行描述，類似于經典的計算機一樣，經典計算機是包含有連線以及邏輯門的線路所構成的，量子計算機也是由包含連線以及基本量子門的排列形成的量子資訊處理的量子線路。
1、單量子比特門
這裡我們還是采用圖檔的方式展示：
單量子比特門最典型的例子是非門：
經典非門我們都知道的，
實際上，量子比特的非門就是一個矩陣（算子）。
當然了，還有一些其他的一位量子門。
下面，我們對一位量子比特門進行一個總結：
最後還需要再加一項：
綜上所述呢：
2、多量子比特門
這裡還是貼圖檔了。
我們會發現，量子門跟數字電路中的門十分類似，而量子門的表述又與矩陣非常相似了。
3、其他的狀态舉例
4、量子線路
我們舉一個非常簡單的例子：
針對量子線路，有以下的問題：
5、舉例
5.1、例一
5.2、例二
（這個案例希望大家自己親自動手進行操作一下，以便于更好的了解是如何進行計算以及如何進行實驗的哦，相信對于你了解量子計算是很有幫助的啦，建議操作一下了啦。）
我的計算
這裡放一下我的計算過程，字有點醜，（将就着看一下吧。
bell狀态以及量子隐形傳态計算過程如下所示啦：
量子隐形傳态的電路的搭建
1、建構Bell态
2、實作量子隐形傳态
可以直接通過連結檢視我的電路哦：
https://algassert.com/quirk#circuit=%7B%22cols%22%3A%5B%5B%22Z%5Et%22%2C%22H%22%5D%2C%5B%22Y%5Et%22%5D%2C%5B%22X%5Et%22%5D%2C%5B1%2C%22%E2%80%A2%22%2C%22X%22%5D%2C%5B%22Bloch%22%5D%2C%5B%22%E2%80%A2%22%2C%22X%22%5D%2C%5B%22H%22%5D%2C%5B1%2C%22Measure%22%5D%2C%5B1%2C%22%E2%80%A2%22%2C%22X%22%5D%2C%5B%22Measure%22%5D%2C%5B%22%E2%80%A2%22%2C1%2C%22Z%22%5D%2C%5B1%2C1%2C%22Bloch%22%5D%5D%2C%22init%22%3A%5B%22i%22%5D%7D
3、搭建完成
我把整個搭建過程以及結果的顯示放在了哔哩哔哩視訊裡面，可以直接觀看如下，也可以打開連結到哔哩哔哩進行觀看，順帶着點個贊吧。
https://www.bilibili.com/video/BV1pL4y1q7nq?spm_id_from=333.999.0.0
量子隐形傳态模拟實作
注意！！！
以下的量子算法的相關的這些内容就算看不懂也是沒有關系的，了解一下就可以了，後面的話，我們會在後續的博文之中詳細的進行講解這些量子算法的，這裡隻是進行一個簡單的介紹，看不懂沒有關系，但是希望可以簡單的了解一下了啦。
六、量子算法
1、量子計算實作經典的計算
2、并行計算的方法
3、Deutsch算法
4、DJ算法的實作
END.
到此為止，本文基本講解完畢啦。
後續我們會進行講解量子資訊的處理，以及量子計算的更加深入的内容。量子計算深入的部分，我們将詳細的講解量子比特的操作以及各種門的邏輯和矩陣的算子表述方法等等的問題，相信通過學習你也會掌握量子計算的，為我國量子計算的發展貢獻自己的力量。
最後附上本人此次博文進行的計算：
最後，感謝大家的閱讀與支援，期待大家的持續關注，也希望大家要是覺得有幫助的話就點一個贊再走吧，麼麼哒~~(๑′ᴗ‵๑)Ｉ Lᵒᵛᵉᵧₒᵤ❤，記得點贊哦。