5、量子计算基础与单量子比特系统详解

量子计算基础与单量子比特系统详解

量子计算解决方案工具与模拟

在量子计算中，对于一些问题的求解，通常会先模拟测量过程。例如在某个问题里，模拟测量有三种选择，每种选择被选中的概率相等，有可能得到最佳选择，也有可能得到非最优结果。假设最频繁的测量结果是 101（即选择了第一项和第三项），此时若想寻找更高价值的解决方案，可以将最低价值从 3 提高到 4，再次执行相同操作来搜索满足该最低价值（且最大重量为 4）的选择。如图 2.11 所示，仅找到一种选择，且该结果的概率增加了，再次模拟测量此状态，得到选择结果 110（即选择了第一项和第二项）。若继续尝试将最低价值提高到 5，若无法找到满足此要求的解决方案，搜索便结束，返回之前步骤中确定的最佳解决方案。

在量子计算软件包生态系统中，截至 2025 年，Qiskit、Cirq 和 PennyLane 是最受欢迎的软件包。这些软件包允许你在量子计算机上编译和运行代码（如果有可用的话），并且通常包含一个模拟器，用于在使用量子计算时间之前测试代码。量子计算程序员大部分时间都在使用模拟器，模拟器对于成为“量子就绪”至关重要。

这里有一个名为 Hume 的 Python 模拟器，它专为学习、灵活性和效率而设计。Hume 的构建模块可以轻松转换为其他语言。其编写量子电路的语法与 Qiskit 非常相似，这是有意为之，因为 Qiskit 是最受欢迎的量子计算 SDK 之一。作为 Hume 的一部分，还创建了无缝转换为 Qiskit 的工具，以便在 IBM 量子后端（包括模拟器和真实量子计算机）上运行。例如，使用 to_qiskit 函数将电路转换为 Qiskit 电路对象：