173 lines
123 KiB
Plaintext
173 lines
123 KiB
Plaintext
|
{
|
|||
|
|
"cells": [
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
"cell_type": "code",
|
|||
|
|
"execution_count": 3,
|
|||
|
|
"id": "fc7fe56b-71b4-498c-955d-e5e56af8f08e",
|
|||
|
|
"metadata": {},
|
|||
|
|
"outputs": [
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
"name": "stdout",
|
|||
|
|
"output_type": "stream",
|
|||
|
|
"text": [
|
|||
|
|
"{'10': 512, '11': 512}\n"
|
|||
|
|
]
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
],
|
|||
|
|
"source": [
|
|||
|
|
"from spinqit import get_basic_simulator, get_compiler, Circuit, BasicSimulatorConfig\n",
|
|||
|
|
"from spinqit import H, CX, Rx\n",
|
|||
|
|
"from math import pi\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"# Write the program\n",
|
|||
|
|
"circ = Circuit()\n",
|
|||
|
|
"q = circ.allocateQubits(2)\n",
|
|||
|
|
"circ << (Rx, q[0], pi)\n",
|
|||
|
|
"circ << (H, q[1])\n",
|
|||
|
|
"circ << (CX, (q[0], q[1]))\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"# Choose the compiler and backend\n",
|
|||
|
|
"comp = get_compiler(\"native\")\n",
|
|||
|
|
"engine = get_basic_simulator()\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"# Compile\n",
|
|||
|
|
"optimization_level = 0\n",
|
|||
|
|
"exe = comp.compile(circ, optimization_level)\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"# Run\n",
|
|||
|
|
"config = BasicSimulatorConfig()\n",
|
|||
|
|
"config.configure_shots(1024)\n",
|
|||
|
|
"result = engine.execute(exe, config)\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"print(result.counts)"
|
|||
|
|
]
|
|||
|
|
},
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
"cell_type": "markdown",
|
|||
|
|
"id": "d71e8f79-5e33-4f7b-8829-df4a134281a2",
|
|||
|
|
"metadata": {},
|
|||
|
|
"source": [
|
|||
|
|
"Бит — компьютерный термин, единица измерения информации. Каждая цифра двоичного числа хранит информацию одного бита.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"Компьютер может быть построен на основе двоичной системы и логических вентилей. Более того, независимо от материала, если образованные элементы имеют два состояния, способны\n",
|
|||
|
|
"переключаться между ними и передавать их другим элементам, то они могут быть использованы для реализации логических схем и логических вентилей. После реализации логических вентилей сборка компьютера на основе двоичной системы осуществляется\n",
|
|||
|
|
"по принципу сборки системного блока. Подобная эквивалентность основных элементов позволяет собирать компьютеры из различных материалов.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"Квантовый бит, кубит, способен находиться в суперпозиции 0 и 1 в одно и то же время.\n",
|
|||
|
|
"\n"
|
|||
|
|
]
|
|||
|
|
},
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
"attachments": {
|
|||
|
|
"00eeb028-148e-406f-88ef-bcff4bf2df49.png": {
|
|||
|
|
"image/png": "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
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
},
|
|||
|
|
"cell_type": "markdown",
|
|||
|
|
"id": "375e074b-9384-4d44-b1e0-86b806f3f379",
|
|||
|
|
"metadata": {},
|
|||
|
|
"source": [
|
|||
|
|
""
|
|||
|
|
]
|
|||
|
|
},
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
"cell_type": "markdown",
|
|||
|
|
"id": "c70daf57-d892-4ce8-87fe-0461c168c427",
|
|||
|
|
"metadata": {},
|
|||
|
|
"source": [
|
|||
|
|
"Квант- наименьшая дискретная единица. В микроскопическом поле изменение некоторых физических величин (энергия, угловой момент, спин, электрический заряд) происходит одновременно с наименьшей единицей, а не непрерывно.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"Квант — это общее название материальных объектов в квантовом мире. Например, микроскопические частицы, такие как фотоны, электроны, атомы, атомные ядра и элементарные частицы, или квантовые системы в макроскопических масштабах, такие как конденсат Бозе-Эйнштейна, сверхпроводники и \"кот Шредингера\". Главная особенность заключается в том, что такие объекты подчиняются законам квантовой механики.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"Три основополагающих приниципа квантовой механики, которые противоречат явлениям макромира: \n",
|
|||
|
|
"- суперпозиция, \n",
|
|||
|
|
"- измерение \n",
|
|||
|
|
"- запутанность.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"## Суперпозиция\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"Единица информации имеет состояние либо 0, либо 1. Однако в квантовом мире физическая величина объекта является неопределенной и вероятностной. Такая неопределенность не имеет ничего общего с экспериментальной техникой.\n",
|
|||
|
|
"Квантовое состояние записывается следующим образом: |ψ> (символ \"|>\" называется \"символом Дирака\"). Такое состояние введено учеными для описания квантовых систем в квантовой механике.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"В состоянии суперпозиции классический бит становится \"кубитом\". Предположим, что квантовый объект имеет два\n",
|
|||
|
|
"определенных возможных состояния, 0 или 1, которые принято записывать как |0>, |1>, то, поскольку квантовое\n",
|
|||
|
|
"состояние (|ψ>) является неопределенным, он не может находиться в определенном состоянии |0> или |1>, он может\n",
|
|||
|
|
"находиться только в состоянии, в котором два определенных состояния накладываются и складываются вместе в\n",
|
|||
|
|
"зависимости от веса. Это уникальный принцип суперпозиции квантовых состояний в квантовом мире, который\n",
|
|||
|
|
"математически выражается как |ψ>= α|0>+ β| 1>.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"## Измерение\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"В классической механике измерение является значимой операцией. Тем не менее, мы не считаем, что процесс измерения подчиняется физическим законам, отличным от других процессов. Независимо от того, смотрите вы на объект или нет, вы уверены, что он обладает определенными свойствами, такими как положение, скорость, и эти свойства не меняются после того, как вы на него посмотрите. В любом случае, вы можете наблюдать за ним в любом месте.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"Однако в квантовой механике измерение принципиально отличается от других процессов, и для проведения измерения применяются другие физические законы! Вы не можете просто наблюдать за объектом. Есть большая разница, смотрите ли вы на определенную систему или нет.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"Если измеряемое состояние |ψ> = α|0>+ β|1>, где α и β не равны 0, а |α|2+|β|2=1, то есть это состояние не |0>\n",
|
|||
|
|
"и не |1>, что произойдет?\n",
|
|||
|
|
"• Это состояние изменится! Такое изменение также часто называют \"коллапсом\" или используют похожие\n",
|
|||
|
|
"значения. Изменение произошло в одно мгновение. Что произошло?\n",
|
|||
|
|
"• Принимает состояние в базисе, то есть |0> или |1>. Точнее, состояние принимает |0> с вероятностью |α|2 и |\n",
|
|||
|
|
"1> с вероятностью |β|2. Уточним, что невозможно предсказать, примет конкретное измерение значение |0>\n",
|
|||
|
|
"или |1>, прогнозировать можно только вероятность. Значение вероятности определяется либо путем\n",
|
|||
|
|
"многократных измерений, либо путем одновременного измерения большого количества одинаковых\n",
|
|||
|
|
"начальных состояний.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"## Запутанность\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"• Квантовая запутанность — это явление в системе, состоящей из множества частиц, например, двух кубитов |\n",
|
|||
|
|
"β00>=(|00> +|11>)√2, которые представляют суперпозицию |00> и |11> (принцип суперпозиции\n",
|
|||
|
|
"применяется к многочастичным системам), причем |01> и |10> не находятся в этом состоянии. Невозможно\n",
|
|||
|
|
"описать |β00> как \"частица 1 находится в том или ином состоянии, частица 2 находится в том или ином\n",
|
|||
|
|
"состоянии\". Достаточно сказать, что система находится в состоянии |β00>.\n",
|
|||
|
|
"• Две частицы в состоянии запутанности представляют собой единое целое, они являются зависимыми, как\n",
|
|||
|
|
"бы далеко друг от друга они ни находились. При измерении частицы 1 частица 2 изменяется вместе с ней.\n",
|
|||
|
|
"Это не означает, что после изменения частицы 1, сообщение передается частице 2, и частица 2 изменяется\n",
|
|||
|
|
"снова. В данном случае отсутствует передача информации, что не нарушает теорию относительности.\n",
|
|||
|
|
"\n",
|
|||
|
|
"• При измерении |β00> = (|00> + |11>)√2 вы\n",
|
|||
|
|
"определяете состояние частицы 1;\n",
|
|||
|
|
"• Целая система принимает |00> с вероятностью 50%,\n",
|
|||
|
|
"и обе частицы находятся в собственном состоянии |\n",
|
|||
|
|
"0>;\n",
|
|||
|
|
"• Целая система принимает |11> с вероятностью 50%,\n",
|
|||
|
|
"и обе частицы находятся в собственном состоянии |\n",
|
|||
|
|
"1>;\n",
|
|||
|
|
"• Невозможно точно определить результат одного\n",
|
|||
|
|
"измерения, но можно точно утверждать, что частица\n",
|
|||
|
|
"1 и частица 2 будут запутаны одновременно."
|
|||
|
|
]
|
|||
|
|
},
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
"cell_type": "code",
|
|||
|
|
"execution_count": null,
|
|||
|
|
"id": "cdb4d994-da88-4f38-98ea-442dd723c627",
|
|||
|
|
"metadata": {},
|
|||
|
|
"outputs": [],
|
|||
|
|
"source": []
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
],
|
|||
|
|
"metadata": {
|
|||
|
|
"kernelspec": {
|
|||
|
|
"display_name": "Python 3 (ipykernel)",
|
|||
|
|
"language": "python",
|
|||
|
|
"name": "python3"
|
|||
|
|
},
|
|||
|
|
"language_info": {
|
|||
|
|
"codemirror_mode": {
|
|||
|
|
"name": "ipython",
|
|||
|
|
"version": 3
|
|||
|
|
},
|
|||
|
|
"file_extension": ".py",
|
|||
|
|
"mimetype": "text/x-python",
|
|||
|
|
"name": "python",
|
|||
|
|
"nbconvert_exporter": "python",
|
|||
|
|
"pygments_lexer": "ipython3",
|
|||
|
|
"version": "3.9.13"
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
},
|
|||
|
|
"nbformat": 4,
|
|||
|
|
"nbformat_minor": 5
|
|||
|
|
}
|