量子计算机编程：从入门到实践

12

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第

2

章

表2-2：量子比特的一些可能的值

可能的值 图形表示

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0

⟩

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1

⟩

0.707

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0

⟩

+ 0.707

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1

⟩

0.95

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0

⟩

+ 0.31

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1

⟩

0.707

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0

⟩

– 0.707

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1

⟩

在表

2-2

中，我们将

0

和

1

分别表示为

|

0

⟩

和

|

1

⟩

。这种符号被称为

狄拉克符

号

（

bra-ket notation

），通常用于量子计算。一个简单的经验法则是，狄拉克

符号中的数字表示在读取时可能会得到的量子比特值。当谈到一个量子比特

已被读出的值时，我们只使用数字来表示。

表

2-2

中的前两行展示了与传统比特的状态等价的量子态，其中完全没有出现量子叠加态。

在状态

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0

⟩

下制备的量子比特等价于传统比特

0

（在读取时总是给出值

0

），在状态

|

1

⟩

下同

理。如果永远只是非

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0

⟩

即

|

1

⟩

，那么这些仅仅等价于传统比特的量子比特可够昂贵的。

如何才能获得如表

2-2

中后三行所示的那些更奇妙的量子叠加态呢？为了理解量子叠加态，

不妨先花上一点点时间思考量子比特到底是什么

1

。

2.1

　物理量子比特概览

一个有助于阐释量子叠加态的例子是单光子。为了说明这一点，让我们先回退一步，假设

要使用光子的

位置

来表示传统比特。在图

2-1

所示的设备中，带开关的镜子（可以通过开

关调整为反射镜或透视镜）让我们能够控制光子走两条路径中的一条。其中，两条路径分

别对应

0

和

1

。

注

1

：

本书尽力避免过多地解释量子比特的含义。尽管这似乎有点令人扫兴，但请记住，传统编程指南几乎

从不讲比特和字节迷人的物理特性。实际上，正是能够从信息的物理本质中抽离出来，才使得复杂程

序的编写过程变得容易。 ...