了得網計算機/網絡_Python量子計算實踐：基於Qiskit和IBM Quantum Experience平臺

編輯推薦

1.內容彙集作者多年工作經驗的結晶，專業可靠，而且緊貼實際應用需求。

2.深入淺出的量子計算入門：從基礎概念出發，通過簡單的代碼示例和直觀的解釋，幫助讀者快速理解量子計算的基本原理。

3.書中避免復雜的理論框架，聚焦實際的編程實踐和問題解決，即使沒有深厚的物理背景也能輕松入門。

4.全面覆蓋Qiskit工具包：深入探討了Qiskit工具包的各個組成部分，包括Terra、Aer、Ignis和Aqua，並詳細講解了它們的優點和應用場景。讀者將能夠全面掌握量子程序的開發流程，從編寫量子線路到優化量子算法，再到在真實硬件上運行和測試程序。

5.書中還詳細介紹了如何使用預封裝的量子算法，並通過實現Grover算法等案例，展示了量子算法與傳統算法的不同之處，使得讀者能夠將理論知識應用於實際問題的解決中。

內容簡介

本書使用Qiskit開源框架和IBM Quantum Experience平臺搭建一個量子計算平臺，並借助Python來介紹實現量子編程的方法。

本書內容由淺入深，從搭建編程環境並編寫一個簡單的量子程序開始，介紹如何使用Python編寫簡單的腳本，Qiskit和IBM Quantum Experience進行交互的方法，概率計算、疊加和糾纏等基本概念，影響量子程序輸出結果的各種物理因素，Qiskit量子門資源庫，使用Aer模擬量子計算機，使用Ignis清理量子操作，Grover搜索算法，以及使用Aqua運行Grover算法和Shor算法等重要內容。

本書能夠幫助讀者學會使用Qiskit和IBM Quantum Experience，同時結合Python編程實踐來實現量子比特的可視化並深入理解量子門、貝爾態、量子線路等概念，進一步掌握在實踐中使用量子算法的方法。

作者簡介

[美]哈西·諾倫（Hassi Norlén），IBM沃森物聯網解決方案的首席信息開發人員，致力於沃森物聯網服務產品生態繫統的開發。擁有超過15年工作經驗，曾負責過Web內容管理、大數據分析、傳感器和IoT、量子計算等多領域工作。

第 1章搭建編程環境 1

1.1技術要求 1

1.2創建IBM Quantum Experience賬號 2

1.2.1準備工作 2

1.2.2操作步驟 3

1.2.3參考資料 4

1.3安裝Qiskit 4

第 1章搭建編程環境 1

1.1技術要求 1

1.2創建IBM Quantum Experience賬號 2

1.2.1準備工作 2

1.2.2操作步驟 3

1.2.3參考資料 4

1.3安裝Qiskit 4

1.3.1準備工作 4

1.3.2操作步驟 4

1.3.3知識拓展 6

1.3.4參考資料 6

1.4下載示例代碼 7

1.4.1準備工作 7

1.4.2操作步驟 7

1.4.3運行原理 10

1.5安裝API密鑰並訪問提供服務的量子計算機 11

1.5.1準備工作 11

1.5.2操作步驟 11

1.5.3運行原理 12

1.5.4知識拓展 12

1.6及時更新Qiskit環境 13

1.6.1準備工作 13

1.6.2操作步驟 14

1.6.3運行原理 15

第 2章基於Python的量子計算和量子比特 17

2.1技術要求 17

2.2比較經典比特和量子比特 18

2.2.1準備工作 18

2.2.2操作步驟 18

2.2.3運行原理 20

2.2.4參考資料 23

2.3使用Python將量子比特可視化 23

2.3.1準備工作 25

2.3.2操作步驟 25

2.3.3知識拓展 28

2.3.4參考資料 29

2.4量子門簡介 29

2.4.1準備工作 30

2.4.2操作步驟 30

2.4.3運行原理 32

2.4.4知識拓展 36

2.4.5參考資料 39

第3章IBM Quantum Experience ——拖放式量子編程 40

3.1技術要求 40

3.2IBM Quantum Experience簡介 41

3.2.1Results 42

3.2.2Circuit Composer 43

3.2.3Quantum Lab 45

3.3使用Circuit Composer搭建量子樂譜 46

3.3.1操作步驟 46

3.3.2知識拓展 50

3.4量子拋硬幣實驗 52

3.4.1操作步驟 52

3.4.2知識拓展 55

3.5不同軟件之間的交互 58

3.5.1準備工作 58

3.5.2操作步驟 59

3.5.3運行原理 62

3.5.4知識拓展 63

3.5.5參考資料 64

第4章從Terra入門 65

4.1技術要求 66

4.2創建一個Qiskit量子程序 66

4.2.1所需的類、模塊和函數 66

4.2.2使用量子寄存器和經典寄存器 67

4.2.3理解量子線路 67

4.2.4選擇運行所需的後端 67

4.2.5以作業形式運行量子線路 67

4.2.6接收作業的結果 68

4.3再談量子拋硬幣 68

4.3.1準備工作 69

4.3.2操作步驟 69

4.3.3運行原理 71

4.4獲取統計數據——連續多次拋硬幣 72

4.4.1準備工作 72

4.4.2操作步驟 73

4.4.3運行原理 74

4.4.4知識拓展 74

4.5交換所拋硬幣的正反面 75

4.5.1準備工作 75

4.5.2操作步驟 75

4.5.3運行原理 77

4.5.4知識拓展 77

4.6同時拋兩枚硬幣 78

4.6.1準備工作 78

4.6.2操作步驟 78

4.6.3運行原理 80

4.6.4知識拓展 80

4.7拋硬幣中的量子作弊——貝爾態簡介 80

4.7.1準備工作 81

4.7.2操作步驟 81

4.7.3運行原理 83

4.7.4知識拓展 84

4.7.5參考資料 84

4.8其他量子作弊方法——調整賠率 84

4.8.1準備工作 84

4.8.2操作步驟 85

4.8.3運行原理 86

4.8.4知識拓展 88

4.9拋更多的硬幣——直接方法和作弊方法 89

4.9.1準備工作 89

4.9.2操作步驟 89

4.9.3運行原理 92

4.9.4知識拓展 92

4.10拋實體硬幣 92

4.10.1準備工作 93

4.10.2操作步驟 93

4.10.3運行原理 95

4.10.4知識拓展 95

第5章使用Qiskit工具訪問IBM Quantum硬件 98

5.1技術要求 98

5.2什麼是IBM Quantum機器 99

5.2.1準備工作 99

5.2.2操作步驟 99

5.2.3運行原理 101

5.2.4參考資料 101

5.3定位到可用的後端 101

5.3.1準備工作 102

5.3.2操作步驟 102

5.3.3知識拓展 105

5.3.4參考資料 105

5.4比較後端 105

5.4.1準備工作 106

5.4.2操作步驟 106

5.4.3知識拓展 109

5.5查詢最空閑的後端 110

5.5.1準備工作 110

5.5.2操作步驟 110

5.6使後端可視化 112

5.6.1準備工作 113

5.6.2操作步驟 113

5.6.3知識拓展 115

5.6.4參考資料 117

5.7使用Qiskit探索選定的後端 117

5.7.1準備工作 118

5.7.2操作步驟 118

5.7.3參考資料 121

第6章Qiskit量子門資源庫簡介 123

6.1技術要求 124

6.2使量子門可視化 124

6.2.1準備工作 124

6.2.2操作步驟 126

6.2.3運行原理 129

6.2.4參考資料 132

6.3使用泡利X門、泡利Y門和泡利Z門翻轉量子比特 132

6.3.1操作步驟 132

6.3.2知識拓展 133

6.4使用H門創建量子疊加 134

6.4.1操作步驟 135

6.4.2知識拓展 136

6.4.3參考資料 136

6.5使用量子相移門S、S 、T和T 將量子比特繞z軸旋轉 136

6.5.1操作步驟 137

6.5.2知識拓展 138

6.6使用Rx門、Ry門和Rz門將量子比特繞任意坐標軸自由旋轉 138

6.6.1操作步驟 139

6.6.2知識拓展 140

6.7使用基本量子門U1、U2、U3和ID搭建量子線路 140

6.7.1U3量子門 141

6.7.2U2量子門 141

6.7.3U1量子門 141

6.7.4準備工作 142

6.7.5操作步驟 142

6.7.6知識拓展 145

6.8雙量子比特門 146

6.8.1準備工作 146

6.8.2操作步驟 147

6.8.3運行原理 148

6.8.4知識拓展 149

6.8.5參考資料 149

6.9多量子比特門 149

6.9.1操作步驟 150

6.9.2知識拓展 152

6.10量子線路的真面目 154

6.10.1準備工作 155

6.10.2操作步驟 157

6.10.3知識拓展 159

第7章使用Aer模擬量子計算機 166

7.1技術要求 167

7.2了解量子模擬器的用法 167

7.2.1準備工作 167

7.2.2操作步驟 167

7.2.3知識拓展 171

7.2.4參考資料 171

7.3比較Qiskit Aer模擬器和IBM量子計算機 172

7.3.1準備工作 172

7.3.2操作步驟 172

7.3.3運行原理 173

7.3.4知識拓展 176

7.3.5參考資料 176

7.4將IBM Quantum後端的噪聲配置文件添加到本地模擬器中 178

7.4.1準備工作 178

7.4.2操作步驟 178

7.4.3參考資料 184

7.5使用幺正模擬器加深對量子線路的理解 184

7.5.1準備工作 185

7.5.2操作步驟 185

7.6使用態矢量模擬器進行診斷 188

7.6.1準備工作 192

7.6.2操作步驟 193

7.6.3知識拓展 199

第8章使用Ignis清理量子操作 200

8.1技術要求 200

8.2探索量子比特，理解T1、T2、誤差和量子門 201

8.2.1準備工作 201

8.2.2操作步驟 203

8.2.3運行原理 205

8.2.4知識拓展 206

8.3比較同一塊芯片上的量子比特 208

8.3.1準備工作 208

8.3.2操作步驟 211

8.3.3知識拓展 215

8.3.4參考資料 215

8.4估算可用時間內的量子門的數量 215

8.4.1準備工作 216

8.4.2操作步驟 219

8.4.3知識拓展 222

8.4.4參考資料 225

8.5用讀出校正來糾正預期結果 225

8.5.1準備工作 226

8.5.2操作步驟 228

8.6用量子糾錯減輕意外情況造成的影響 230

8.6.1準備工作 231

8.6.2操作步驟 235

8.6.3運行原理 238

8.6.4知識拓展 242

8.6.5參考資料 242

第9章Grover搜索算法 243

9.1技術要求 243

9.2了解量子相位反衝 244

9.2.1準備工作 245

9.2.2操作步驟 245

9.3經典搜索算法簡介 252

9.3.1準備工作 252

9.3.2操作步驟 252

9.4搭建Grover搜索算法 254

9.4.1準備工作 255

9.4.2操作步驟 260

9.4.3知識拓展 268

9.4.4參考資料 269

9.5使用3量子比特Grover算法進行搜索 270

操作步驟 270

9.6在Grover搜索過程中加入更多量子比特 274

9.6.1準備工作 275

9.6.2操作步驟 276

9.6.3知識拓展 281

9.7在代碼中使用Grover量子線路 282

9.7.1準備工作 282

9.7.2操作步驟 282

9.7.3知識拓展 283

第 10章使用Aqua了解算法 284

10.1技術要求 284

10.2以Aqua函數的形式運行Grover算法 284

10.2.1準備工作 285

10.2.2操作步驟 285

10.2.3運行原理 290

10.2.4知識拓展 290

10.3以Aqua函數的形式運行Shor算法 293

10.3.1準備工作 294

10.3.2操作步驟 294

10.3.3知識拓展 297

10.3.4參考資料 298

10.4了解Aqua中的更多算法 298

10.4.1準備工作 299

10.4.2操作步驟 299

10.4.3知識拓展 300

10.4.4參考資料 300

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