量子算法入门—4.量子比特与量子门(1)

1.量子比特

  1. 经典比特和量子比特
  • 经典比特只有0、1两种取值,非黑即白,有n位即 2 n 2^n 2n种可能
  • 量子比特使用0、1的量子态描述量子比特的状态,可以通过线性组合形成新的量子态,就像光谱可以调节成分
  1. 引入线代记法,0、1是z轴上的自旋劈裂

  2. 制备叠加态

  3. x、y轴方向基底

    上图代码第6行注解:python中,使用j 代替数学中的虚数i,单独的j不能参与运算,必须前面跟一个数字才能被识别成复数

  4. 经典信息与量子信息

    上图使用α减去β即为z轴上的坐标,其他轴上的坐标同理。

  5. 计算坐标的py代码

python 复制代码
def get_bloch_coordinates(qubit):
	def get_x_bloch(qubit):
		qubit_x_basis = 1./np.sqrt(2) * np.matrix('1 1;1 -1')* qubit
		prob_zero_qubit = (qubit_x_basis.item(θ) * qubit_x_basis.item(θ).conjugate()).real 
		prob_one_qubit = (qubit_x_basis.item(1) * qubit_x_basis.item(1).conjugate()).real 
		return prob_zero_qubit - prob_one_qubit
	def get_y_bloch(qubit):
		qubit_y_basis = 1./np.sqrt(2) * np.matrix('1 1;1 -1')*np.matrix([[1,0],[θ, 1j]]) * qubit 	
		prob_zero_qubit = (qubit_y_basis.item(θ)* qubit_y_basis.item(θ).conjugate()).real
		prob_one_qubit = (qubit_y_basis.item(1) * qubit_y_basis.item(1).conjugate()).real 
		return prob_zero_qubit - prob_one_qubit
	def get_z_bloch(qubit): qubit_z_basis = qubit
		prob_zero_qubit = (qubit_z_basis.item(θ) * qubit_z_basis.item(θ).conjugate()).real 	
		prob_one_qubit = (qubit_z_basis.item(1) * qubit_z_basis.item(1).conjugate()).real 
		return prob_zero_qubit - prob_one_qubit
	return (get_x_bloch(qubit), get_y_bloch(qubit), get_z_bloch(qubit)) //返回布洛赫球面的坐标
  1. 已知线性代数表示的量子态,将其画到布洛赫球上
python 复制代码
def plot_bloch(qubit):
	import matplotlib.pyplot as plt 
	fig = plt.figure()
	ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') 
	# 绘制球体
	u,v= np.mgrid[θ:2*np.pi:20j,θ:np.pi:10j] 
	x = np.cos(u)*np.sin(v)
	y = np.sin(u)*np.sin(v) 
	z = np.cos(v)
	ax.plot_wireframe(x, y, z, color="k", alpha=.1) 
	ax.grid(θ)
	
	(x,y,z) = get_bloch_coordinates(qubit)
	ax.quiver([θ],[θ],[θ],[x],[y],[z], length=1, arrow_length_ratio=0.3) 
	
	ax.set_xlim([-1, 1])
	ax.set_ylim([-1, 1]) 
	ax.set_zlim([-1, 1]) 
	ax.view_init(azim = 20) 
	
	return ax
相关推荐
多米Domi01135 分钟前
0x3f 第49天 面向实习的八股背诵第六天 过了一遍JVM的知识点,看了相关视频讲解JVM内存,垃圾清理,买了plus,稍微看了点确定一下方向
jvm·数据结构·python·算法·leetcode
A_nanda9 小时前
c# MOdbus rto读写串口,如何不相互影响
算法·c#·多线程
代码雕刻家11 小时前
2.4.蓝桥杯-分巧克力
算法·蓝桥杯
Ulyanov11 小时前
顶层设计——单脉冲雷达仿真器的灵魂蓝图
python·算法·pyside·仿真系统·单脉冲
智者知已应修善业13 小时前
【查找字符最大下标以*符号分割以**结束】2024-12-24
c语言·c++·经验分享·笔记·算法
91刘仁德13 小时前
c++类和对象(下)
c语言·jvm·c++·经验分享·笔记·算法
diediedei13 小时前
模板编译期类型检查
开发语言·c++·算法
阿杰学AI13 小时前
AI核心知识78——大语言模型之CLM(简洁且通俗易懂版)
人工智能·算法·ai·语言模型·rag·clm·语境化语言模型
mmz120714 小时前
分治算法(c++)
c++·算法
睡一觉就好了。14 小时前
快速排序——霍尔排序,前后指针排序,非递归排序
数据结构·算法·排序算法