量子计算机编程：从入门到实践

第二部分

QPU

原语

你已经掌握了描述和操作量子比特的基础知识，接下来可以了解一些更高级的

QPU

原语。

这些原语有助于构建完整的量子应用程序。

非常笼统地说，量子应用程序往往具有如图

II-1

所示的结构。

创建叠加态

在叠加态下

计算

相位操作

读取结果

图 II-1：量子应用程序的大体结构

QPU

原语帮助我们填充这个结构。在图

II-1

所示的

4

个步骤中，与第

2

个步骤（在叠加

态下计算）相关联的原语让我们能够利用叠加态的隐式并行性进行计算，实现第

3

个步骤

（相位操作）的原语则确保能够以可行的方式读取结果。

上述步骤通常一起执行，并且在迭代中多次应用，具体方式取决于特定的应用程序。每一

步并没有通用的原语，我们实际上需要一个原语库。接下来的

4

章将分别介绍表

II-1

列出

的

QPU

原语。

表II-1：本书所涉及的QPU原语

原语描述 类　　型 章　　号

量子算术与逻辑 在叠加态下计算 第

5

章

振幅放大 相位操作 第

6

章

量子傅里叶变换 相位操作 第

7

章

量子相位估计 相位操作 第

8

章

每一章首先从实践角度介绍原语，然后概述该原语的实际用法。第

6

～

8

章包含题为

“

QPU

内部”的一节，这些内容大多根据第

2

章和第

3

章中的基本

QPU

指令进行分解，有

助于理解原语的工作方式。

QPU

编程的艺术在于确定如何组合表

II-1

中的原语，以针对给定的应用程序构造出如图 ...