量子计算机编程：从入门到实践

单个量子比特

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好了，用光子做的介绍就到这里了！本书是程序员指南，不是物理学教科书。让我们从物

理学中抽身，抛开光子和量子物理，看看如何描述和可视化量子比特，就像抛开电子和半

导体物理去研究二进制逻辑一样。

2.2

　圆形表示法

我们现在已经知道了何谓叠加态，但目前所知的内容仅与光子的特有行为密切相关。接下

来需要找到一种描述叠加态的抽象方式，从而只关注抽象的信息。

在成熟的量子物理学中，数学描述提供了这样一种抽象，但从表

2-2

左列可以看出，这种

数学描述远不如传统比特简单的二进制计算直观和方便。

幸运的是，表

2-2

右列的圆形表示法是一种更直观的方法。由于我们的目标是在无须深入

了解晦涩的数学知识的前提下，直观地理解

QPU

的内部原理，因此从现在开始，我们将

完全基于圆形表示法来思考量子比特。

我们通过光子实验发现，在

QPU

中，量子比特的一般状态有两个特性需要关注：叠加振

幅的强度和振幅之间的相对相位。这些参数与圆形表示法的关系如下。

•

与量子比特可能取的每个值（目前为止是

|

0

⟩

和

|

1

⟩

）相关联的振幅的强度与每个

|

0

⟩

圆

和

|

1

⟩

圆中的已填充区域的半径相关。

•

这些值的振幅之间的相对相位由

|

1

⟩

圆相对于

|

0

⟩

圆的旋转表示（在圆中画一条颜色较

深的线，以表示旋转）。

因为整本书都将依赖圆形表示法，所以有必要更详细地了解如何通过圆的大小和旋转来表

示上述概念。

2.2.1

　圆的大小

如前所述，与

|

0

⟩

或

|

1

⟩

相关联的强度的平方决定了在读取时得到该值的概率。圆的填充

半径表示强度，这意味着如果读取量子比特，那么每个圆中的已填充面积 ...