如何使用_量子计算机入门

新网编辑 2026年01月30日 12:00 6 0

量子计算机到底是什么？

它并不是传统电脑“更快一点”的版本，而是**利用量子叠加与纠缠**进行并行运算的全新架构。普通比特只能处于0或1，**量子比特（qubit）却能同时处于0和1的叠加态**，当多个qubit纠缠时，计算空间呈指数级扩张。

（图片来源 *** ，侵删）

问：那是不是买一台就能秒开所有软件？
答：不是。量子计算只在特定问题（如大数分解、量子化学模拟）上具有优势，日常办公依旧得靠经典电脑。

入门门槛究竟有多高？

1. 物理知识储备

线性代数：必须掌握**狄拉克符号、矩阵乘法、张量积**
量子力学：至少理解**波函数坍缩、测量算符、泡利矩阵**
统计概率：熟悉**概率幅、干涉项**如何影响测量结果

2. 编程环境搭建

本地模拟：安装**Qiskit、Cirq、PennyLane**任一框架，再配Anaconda
云端真机：IBM Quantum、Amazon Braket、Azure Quantum都提供**免费层**，但需排队
操作系统：Linux优先，Windows需WSL2，macOS可直接Homebrew

之一次跑通量子线路的7个步骤

以下流程以IBM Quantum为例，新手照做即可在浏览器里看到**真实芯片返回的测量直方图**。

注册IBM Quantum账号，加入**Open Plan**获取10量子比特权限
在Composer里拖拽**Hadamard门**到q0，再放**CNOT门**连接q0→q1，生成Bell态
点击“Generate Circuit”自动产生QA *** 代码

切换到Lab，新建Python Notebook，粘贴下方代码：

from qiskit import IBMQ, execute
IBMQ.save_account('YOUR_TOKEN')
provider = IBMQ.load_account()
backend = provider.get_backend('ibmq_manila')
job = execute(circuit, backend, shots=1024)
result = job.result()
counts = result.get_counts()
print(counts)

运行后等待队列，通常**5~30分钟**
查看结果：理想Bell态应接近{'00':512,'11':512}，偏差来自**量子噪声**
用Qiskit Ignis跑误差缓解，再次提交对比改进

常见坑与避坑指南

坑1：量子比特“越用越少”

真实芯片存在**连通图限制**，ibmq_manila的5个qubit并非全连接，CNOT只能按拓扑映射。解决：使用** transpile(circuit, optimization_level=3)**自动插入SWAP。

坑2：测量结果全是0

忘记加测量指令或Barriers，导致**线路被优化掉**。检查：在Circuit末尾显式加circuit.measure_all()。

坑3：本地模拟与真机差距巨大

模拟器默认无噪声，真机有**T1/T2退相干**、门错误率。解决：用FakeManila()模拟器加载校准数据，提前预估结果。

（图片来源 *** ，侵删）

进阶：如何写之一个量子算法

以**Grover搜索两比特数据库**为例，目标是找出标记项|11⟩。

算法拆解

Oracle：对|11⟩施加**相位翻转**，用多控Z门实现
扩散算子：H⊗2 → 多控Z → H⊗2，完成**振幅放大**
迭代次数：N=4时，**只需1次迭代**即可将|11⟩概率提升到94%

代码片段

from qiskit.circuit.library import GroverOperator, PhaseOracle
oracle = PhaseOracle('a & b')
grover = GroverOperator(oracle)
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h([0,1])
qc.compose(grover, inplace=True)
qc.measure_all()

硬件、软件、社区资源一张图看懂

资源类型	推荐选项	访问链接
免费真机	IBM Quantum Open	quantum-computing.ibm.com
模拟器	Qiskit Aer	qiskit.org/ecosystem/aer
中文社区	量子客	qtumist.com
纸质教材	《量子计算与量子信息》	ISBN 9787111638360