第2章 基于Python的量子計算和量子比特

盡管量子計算是一個新興領域，但它也有著一段相對較長的歷史。大約一個世紀之前，人們就提出了用于實現量子計算的想法和概念（如量子力學中的量子疊加和量子糾纏）；而量子信息科學創立于大約40年前。Peter Shor和Lov Grover等早期的研究人員提出了一些量子算法（Shor算法和Grover算法），這些算法現在開始與E=mc2這樣的基礎物理概念一樣廣為人知。更多相關信息，參見2.4.5節。

與此同時，研究人員近些年才搭建出用于實現量子效應的實體量子計算機。20世紀90年代，DiVincenzo提出了搭建量子計算機需滿足的若干條件；2016年，IBM公司開放了IBM Quantum Experience和Qiskit，第一次使得量子計算工具有效地“飛入尋常百姓家”，讓我們即使不在相關研究實驗室，也能真正地開始探索這個新興領域。

那么，讀者可能會好奇，量子計算和經典計算之間有何區別？要探索它們之間的區別，讀者可以從每種算法的基本計算單元入手，簡單了解經典比特（classical bit）和量子比特（quantum qubit或qubit）。

本章將比較經典比特和量子比特，使用一些基本的線性代數知識來讓讀者更加深入地了解它們，并比較經典（確定性）計算和量子（概率）計算之間的相同點和不同點。本章還會簡要介紹Qiskit的一些基本的可視化方法，形象地向讀者演示量子比特。

本章主要包含以下內容：

● 比較經典比特和量子比特；

● 使用Python將量子比特可視化；

● 量子門簡介。