IBM Q Experience入门

现在,您可以在家中舒适地使用量子计算机。 开始量子之旅所需的一切就是IBM Q Experience。

在本指南中,我将向您展示如何设置一个简单的实验。 具体来说,我将向您展示如何在游戏“ Hello Quantum”中设置第一个拼图。

你好量子

一款益智游戏,旨在教您量子计算的基本原理。

helloquantum.mybluemix.net

要转到IBM Q Experience,您需要做的就是单击此处。 这将带您进入称为作曲家的部分,该部分应类似于下图。

作曲家是您编写量子程序的地方。 默认情况下,它以一个真正的量子处理器ibmqx4的五个量子位开始。 但是,让我们把重点放在更简单的事情上。 让我们为两个量子位设置一个作曲家。

为此,我们首先单击右上角的“新建”按钮。 然后,我们需要选择一个名称。 在此示例中,我将在Hello Quantum中设置第一个难题,因此我将其命名为。

下一个工作是选择是使用其中一个真实设备,还是运行不同的模拟。 我们希望后者提供给我们自由,因此我们单击底部的“自定义拓扑”。

现在我们有了我们的作曲家。

右边的框代表我们可以对量子位执行的不同操作。 我们需要做的就是将它们拖放到行上。 要设置第一个拼图的初始状态,我们需要将X和X拖动到qubit 1。

这就是完成的工作! 现在让我们看看它是否达到了我们的预期。

Hello Quantum的第一个谜题如下图所示。 左边的qubit的底圆是白色,这表示它确定地输出1 。 右量子位的底圆为黑色,这意味着它肯定是0

我们获得底圆输出的方法是使用测量门。 可以通过在右侧的盖茨部分中向下滚动找到。

要查看两者的底圆,我们只需将测量门拖到两条线上即可。 当我们这样做时,它会问我们将给结果位起什么名字。 只需按“确定”,因为默认选择对我们来说是最佳选择。

一旦两个门都到位,就可以得到结果了。 通过单击“模拟”执行此操作。

如果您尚未登录,则必须在此处登录。 您可以仅为IBM Q Experience设置一个帐户,或使用现有的社交媒体帐户登录。

完成所有管理员后,您将看到结果屏幕。 这将以直方图的形式显示您的结果。

在这种情况下,只有一种可能的结果。 通过查看该条下面的内容,我们可以看到这是结果10 ,这意味着左量子位为1 ,右量子位为0 。 完全符合预期!

现在,让我们看看最上面的圆圈。 为此,我们需要更改询问量子位的问题。

现在我们得到了一个直方图,还有更多的事情要做。

现在有四个可能的结果: 0011 。 模拟器运行该过程100次,发现11 %的情况出现在25%的时间中, 10 %的出现在23%的时间,依此类推。

如果您自己运行此程序,几乎可以肯定会找到不同的数字。 实际上,它们全部以25%的相同概率出现。 但是由于我们仅使用有限数量的样本,所以我们总是会看到这样的统计异常。

无论如何,我们都看到两个量子位随机给出0或1的答案。这也正是我们对Hello Quantum的第一个难题的期望。

现在让我们再举一个例子。 我们将设置“ Level 4 – Puzzle 1”的初始状态。

最简单的方法是先设置目标状态然后再倒退至初始状态

目标状态的左量子位有一个黑色的上圈,右量子位有一个白色的上圈。 如果您已经玩过Hello Quantum并阅读了“了解更多信息”部分,或者已经阅读了本文,则可以很清楚地看到可以按照下图进行设置。

要从此开始达到第4级的初始状态-难题1,我们需要的是CZ。 要获得一个,首先在盖茨区域中选中“高级”复选框,然后向下滚动。 您会在“子例程”下找到CZ。 我们要做的就是将其拖出。

子例程是您可以自己设置的门,并以CZ为例。 因此,它没有自己的定制符号。 相反,它只是获得子例程的通用符号。

这是’a’和’b’进入的地方。两个量子位的子例程通常在每个量子位上执行不同的操作,因此需要’a’和’b’来跟踪哪个量子位。 但是对于CZ而言,实际上可以将它们排除在外。 因此,无需过多担心它们。

如果要在真实设备上运行作业,则将无法使用任何子例程。 但请放心,仍有获得CZ的方法。

诀窍是使用看起来有点像CZ的门。 它被称为CNOT。

CNOT和CZ之间的主要区别之一是它不是对称的:我们必须谨慎对待它所指向的方向。 获得小点的量子位将扮演与具有大点的量子位不同的角色。

为了颠倒量子位的角色,我们简单地以另一种方式实现门。

无论哪种方式,做得很少的量子位都被称为控制 ,而大点的量子位被称为目标

在本文中,我们对CZ的工作方式给出了三种不同的解释。 关于CNOT的影响,类似地讲三个故事。 但是通常我们只关注一个:CNOT对目标量子位不执行任何操作,或者对目标量子位执行X门操作,具体取决于目标正在执行的操作。

这几乎与我们对CZ的解释完全相同。 唯一的不同是可以应用X,而不是Z。而且由于我们知道如何将X变成Z,因此可以将CNOT变成CZ。 我们需要的只是几个H门。

使用此功能,您可以在任何喜欢的设备上完成所有想要的CZ门。

为了让您入门,我们已经为所有Hello Quantum拼图准备了初始状态。 只需查看以下链接。

1级

  • 难题1
  • 拼图2
  • 拼图3
  • 拼图4
  • 拼图5
  • 拼图6
  • 拼图7
  • 拼图8
  • 拼图9
  • 拼图10

2级

  • 难题1
  • 拼图2
  • 拼图3
  • 拼图4

3级

  • 难题1
  • 拼图2
  • 拼图3
  • 拼图4

4级

  • 难题1
  • 拼图2
  • 拼图3
  • 拼图4
  • 拼图5
  • 拼图6
  • 拼图7
  • 拼图8
  • 拼图9
  • 拼图10
  • 拼图11同时显示两个状态:11 a和11 b