量子计算与编程入门（这里有一份量子计算机编程基础指南）

编辑 | 白菜叶

随着量子计算机向公众开放，需要培养一批量子程序员，其中许多人的大部分职业生涯都在开发经典计算机程序。虽然目前可用的量子计算机的量子比特少于 100 个，但人们普遍预计量子计算硬件在量子比特数量、质量和连接性方面将会增长。

Los Alamos 国家实验室的研究人员发表评论，旨在解释量子编程的原理；它与经典编程有很大的不同，它使用简单的代数，使对潜在的迷人量子力学原理的理解成为可选的。研究人员介绍了量子计算算法及其在真实量子硬件上的实现。他们调查了 20 种不同的量子算法，试图以简洁和独立的方式描述每一种。

他们展示了如何在 IBM 的量子计算机上实现这些算法，并且在每种情况下，都对关于模拟器和实际硬件运行之间差异的实现结果进行了讨论。该评论为计算机科学家、物理学家和工程师介绍了量子算法，并为其实现提供了蓝图。

该评论以「Quantum Algorithm Implementations for Beginners」为题，发布在《ACM Transactions on Quantum Computing》。

「编写量子算法与编写经典计算程序完全不同，需要对量子原理及其背后的数学有一定的了解。」Los Alamos 国家实验室的科学家，这份指南的主要作者 Andrey Y. Lokhov 说，「我们的指南帮助量子程序员开始进入该领域，随着越来越多具有越来越多量子位的量子计算机变得司空见惯，这一领域必将增长。」

「这篇文章是 Los Alamos 信息科学与技术研究所快速响应努力的结果，其中大约 20 名实验室工作人员自选学习并在 IBM Q 量子系统上实施标准量子算法。」Los Alamos 的高级量子计算科学家 Stephan Eidenbenz 说，他是这篇文章的合著者，同时也是 ISTI 的主任。

Eidenbenz 说，目标是通过在现实生活中的量子计算机上实施量子算法，指导那些几乎没有或没有量子计算经验的工作人员，让 Los Alamos 的劳动力为量子时代做好准备。

Eidenbenz 还表示，除了一些学生和知名的量子专家之外，这些工作人员构成了这篇已经被大量引用的「众包」概述文章的长长的作者名单。

该指南的第一部分涵盖了量子计算机编程的基础知识，解释了量子位和量子位系统、叠加和纠缠的基本量子概念以及量子测量，然后再处理更深层次的酉变换和门、量子电路和量子算法。

IBM 量子计算机部分涵盖了可用于算法的一组门、实际实现的物理门、量子位的连接方式以及噪声或错误的来源。

另一部分着眼于各种类型的量子算法。从那里，该指南深入研究了 20 种选定的算法，包括问题定义、描述和在 IBM 或在少数情况下在其他计算机上实现每个算法的步骤。

论文链接：https://dl.acm.org/doi/10.1145/3517340

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