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使用 Python 进行量子模拟

2026年4月2日 10:23 33 Comments

使用 Qiskit-Aer 运行量子实验使用 Python 进行量子模拟后首先出现在《走向数据科学》上。

来源:走向数据科学

量子计算是利用量子力学原理（即叠加和纠缠）以与经典计算机完全不同的方式处理信息的技术领域。简而言之，量子计算机使用量子位代替位（0 或 1）来解决化学、材料科学和优化中复杂的高维问题，可能只需几秒而不是几年。

在实践中，问题是通过构建称为量子电路的数学模型来解决的：接受一些输入并返回输出的操作和指令序列（类似于线性回归和神经网络）。在量子计算中，这些操作称为门，以不同的方式修改数据（量子位）。基本上，电路是一个句子，而门是组成该句子的单词。

电路用于运行实验。具体来说，有两种类型的量子模拟：

用普通计算机模拟量子计算机。就像使用 Python 编写电路，并使用模拟器来运行它，而真正的量子计算机将物理地实现该电路。

使用量子计算机模拟真实的量子系统（如原子或电子）。在自然界中，量子系统已经存在，经典计算机很难模拟它们，因为状态空间呈指数增长。另一方面，量子机器可以更有效地对这些系统进行建模，因为它们自然遵循相同的规则。

在本教程中，我将向您展示如何在计算机上运行量子模拟。本文是《Python 量子计算入门指南》的续篇。

首先，我们需要安装 Qiskit (pip install qiskit)，这是一个用于与 IBM 开发的量子计算机配合使用的开源库，它允许您在本地计算机上模拟量子设备。

from qiskit.visualization importplot_bloch_multivector

plot_bloch_multivector(状态，figsize=(3,3))

模拟输入电路数学模型 Python bloch qiskit 子设备使用的计算基本上子系统运行不同的相同的量子句子模拟器材料科学神经网络系统真正的复杂的输出的使用计算机真实的简单的量子力学规则量子计问题线性回归信息的