4、量子计算基础：单比特与多比特操作解析

量子计算基础：单比特与多比特操作解析

1. QPU 指令：ROTX(θ) 和 ROTY(θ)

PHASE 操作能够旋转量子比特的相对相位，在圆形表示法中，这相当于旋转与 ∣1⟩ 值相关的圆。除了 PHASE 操作，还有另外两种常见的操作 ROTX(θ) 和 ROTY(θ)，它们也会对量子比特进行不同类型的旋转。

这两种操作在圆形表示法中看起来并不像 PHASE 操作那样直观。不过，它们的名称来源于另一种常见的单量子比特状态可视化表示——布洛赫球。在布洛赫球表示中，一个量子比特由三维球面上的一个点来表示。ROTY 和 ROTX 操作分别对应于绕布洛赫球的 y 轴和 x 轴旋转量子比特的点。而在圆形表示法中，由于使用的是两个二维圆而非单个三维球，这种含义就丢失了。实际上，PHASE 操作在布洛赫球可视化中对应于绕 z 轴的旋转，所以它也被称为 ROTZ。

2. 缺失的 COPY 操作

传统计算机有一个操作在量子处理单元（QPU）上无法实现，即 COPY 操作。虽然我们可以通过重复准备已知状态来制作多个副本（如果状态是 ∣0⟩ 或 ∣1⟩，可以简单地使用 WRITE 操作），但在量子计算过程中，若不先确定某个状态是什么，就无法复制它。这一限制源于支配量子比特的基本物理定律。不过，QPU 的其他功能可以在一定程度上弥补 COPY 指令的缺失。

3. 组合 QPU 操作

我们现在可以使用 NOT、HAD、PHASE、READ 和 WRITE 这些操作。和传统逻辑一样，这些操作可以相互组合，实现彼此的功能，甚至可以创建全新的操作。
- 构建等效操作 ：例如，如果一个 QPU 提