处于交界地带的行程码（从34）

嘿! 欢迎来到我们的第一个教程！

今天，我们将介绍量子计算的基本概念之一-叠加和纠缠。

在开始之前，我们强烈建议您在Quantum Double Slit实验中观看此简短视频。 这段视频是我们对这个领域产生如此浓厚兴趣的原因，并且我们相信它也会使您赞叹不已！

现在，您已经通过视频了解了量子怪异，让我们再来看一个怪异的方面-叠加。

经典计算机-我们几乎每天都会使用的经典计算机-使用"位"作为存储数据的基本单位。 这些"位"只能取两个值之一-0或1。

在事物的量子方面，我们将这些"量子位"称为"量子位"。 关于qubit的一个很酷的事实是，它们可以取0或1的值，或者-等待它-同时取0和1！ 我们称这种中间状态为量子叠加。

实际上，这是每个量子位所处的状态，直到我们决定对其进行测量。 是的，我要说，直到我们尝试对其进行测量，因为测量qubit值的行为使它"崩溃"为两个值0或1中的一个。我们永远看不到一个处于叠加状态的qubit（想想薛定谔的猫？）。

这是一个小插图，以突出经典位和量子位之间的区别，而另一个插图则可以使您直观地了解叠加是什么样的：

Classical vs Quantum Bit

Quantum Superposition

您可能想知道量子位图像中的符号|0⟩和|1⟩是什么意思？ 这些不过是我们用来表示qubit值的表示法，被称为Bra-Ket表示法。 （|0⟩ |1⟩）/√2表示量子位的"中间"或叠加值，它是|0⟩和|1⟩状态的组合。

现在我们已经了解了什么是叠加，让我们继续进行纠缠。

量子纠缠是一种量子力学现象，即使单个物体可能在空间上分离，两个或多个物体的量子态也必须相互参照。

那条线让你不知所措吗？ 不用担心，我们在这里为您简化操作。 让我们通过一个例子来理解这个概念：

考虑两个无偏硬币A和B。抛硬币A并假设它读为正面。 现在，您是否可以确定投掷硬币B会读到什么？ 呵呵……可能不是。 （尽管您可能以50％的概率是正确的）。

相反，如果我们考虑两个"纠缠"的硬币A和B，并说硬币A被扔掉并读为正面。 现在，在这种情况下，我们可以100％确信硬币B也将变成正面。 硬币B不可能像尾巴那样被读取。 A和B都将读为正面，或者都将读为反面。

因此，以相同的方式，两个纠缠的量子比特在测量时要么都为0，要么都为1。因此，我们可以将输出设为00或11，机会为0％。 等于01或10。这就是量子纠缠的思想。 听起来不错，不是吗？

让我们再举一个例子，使这个概念清晰易懂-

我们的系统可以有两个我们称为c-ons的对象。 " c"的意思是"经典"，但如果您想记住一些具体而令人愉快的内容，则可以将我们的c-ons视为蛋糕。 我们的C形符号有两种形状，正方形或圆形，我们将其标识为可能的状态。 然后，对于两个c-ons，四个可能的关节状态是（正方形，正方形），（正方形，圆形），（圆形，正方形），（圆形，圆形）。 下表显示了两个示例，说明在这四个状态的每种状态下找到系统的概率。

我们说，如果c-ons之一的状态知识不能提供有关另一c-ons状态的有用信息，则它们是"独立的"。 我们的第一个表具有此属性。 如果第一个C-ons（或蛋糕）是方形的，那么第二个C-on的形状仍然不为人所知。 同样，第二个形状并没有显示任何有关第一个形状的有用信息。

另一方面，当关于一个的信息改善了我们对另一个的知识时，我们说我们的两个要素纠缠不清。 我们的第二张桌子展示了极端的纠缠。 在这种情况下，无论何时第一个c-ons是圆形的，我们都知道第二个也是圆形的。 当第一个c-ons是正方形时，第二个也是如此。 知道一个的形状，我们就可以确定地推断另一个的形状。

好的，现在就足够了，现在让我们看看我们自己如何通过代码纠缠两个量子比特！ 我们将使用Qiskit工具包来编写我们的Python代码，我们可以在模拟器上，甚至可以在IBM实验室中的真实Quantum计算机上运行该Python代码！

# Import libraries from qiskit import ClassicalRegister, QuantumRegister, QuantumCircuit from qiskit import execute from qiskit import BasicAer # import basic plot tools from qiskit.tools.visualization import plot_histogram, circuit_drawer

#Selecting the qasm simulator as backend for executing the circuit using BasicAer backend = BasicAer.get_backend('qasm_simulator')

q = QuantumRegister(2) # A qauntum register of size 2 qubits c = ClassicalRegister(2) # A classical register of size 2 bits to measure the probability qc = QuantumCircuit(q, c) # Making a quantum circuit # Add a Hadamard Gate at q0 bit qc.h(q[0]) # Add a controlled-NOT Gate with control bit at q0 and target bit at q1 qc.cx(q[0], q[1]) # Measure the circuit qc.measure(q, c) #Execute the circuit job_exp = execute(qc, backend=backend, shots=1024)

# plot the graph to visualize the probabilities of 00 and 11 states plot_histogram(job_exp.result().get_counts(qc))

print('You have made entanglement!')

#Representing the circuit qc.draw()

在上面的代码中，您一定想知道Hadamard和C-Not门是什么，它们的作用是什么？

Hadamard哈达玛门只是将其应用于量子位时使其处于叠加状态的门。

C-Not门具有两个参数-第一个称为控制位，第二个是目标位。 它所做的是读取控制位的值，如果它为|0⟩，则门保持目标位不变，而如果控制位的值|1⟩，则C-Not门将翻转控制位。 目标位。

这样，我们的纠缠电路基本上由处于叠加状态的量子位组成，其值是|0⟩和|1⟩的组合，并且该量子位用作C-Not门的控制位，目标量子位 是另一个可用的量子位。 由于我们的量子位有50-50的机会|0⟩或|1⟩，因此目标量子位是否有50-50的机会被翻转。

该过程就是"纠缠"我们两个量子位的过程，因此无论它们在物理上靠近或分开的位置，它们在测量时始终读取相同的值。

因此，这就是您对量子怪异世界的介绍，我们希望它能吸引您，同时也吸引我们！

总结了我们关于量子纠缠的第一篇文章。 我们真的希望您喜欢它，并很快回来获得更多类似的教程！

(本文翻译自Art of Quantum的文章《From "Hello World" to "Hello Quantum"》，参考：https://medium.com/art-of-quantum/from-hello-world-to-hello-quantum-a0658b40fcb8)