【量子计算机重构未来 | 阅读体验】+ 了解量子叠加原理

作为零基础初学级的量子小白，对神秘诡异的量子世界充满了好奇。说起量子计算机，我有许多问号，量子计算机的工作原理是什么？它和电子计算机有什么区别？量子计算机如何编程？内部结构是怎样的？量子计算机如何生产制造。。。。。。

近来通过阅读《量子计算机—重构未来》一书，结合网络资料，了解了一点点量子叠加知识，分享给大家。

先提一下电子计算机，电子计算机使用二进制表示信息数据，二进制的信息单位是比特（bit）。通过逻辑门来执行操作二进制数据，逻辑门是一种基本电路，它可以将一个或多个输入转换为输出。逻辑门包括与门、或门、非门等等，将许许多多逻辑门组合起来就可以构建复杂的电路来执行各种操作，电子计算机中的处理器（CPU）就是由许多逻辑门电路组成的。

量子计算机与电子计算机最大的区别在于它们使用量子比特（qubit）而不是电子比特（bit）来表示信息。在量子计算机中，使用量子门来执行操作。量子门类似电子逻辑门，但是它们可以操作叠加态和纠缠态。

量子计算机的计算能力主要来自于量子比特的叠加特性，通过操纵量子比特的叠加态，量子计算机可以同时进行大量的计算，从而实现电子计算机无法实现的加速效果。

学习过程中，发现只要是涉及量子计算机原理方面的资料，其中提及最多的就是量子叠加，直接忽视专业级大神的那些不太友好的解释，只看科普性的解释：量子叠加原理是量子力学的基本原理之一；量子比特可以同时处于多个状态，这种状态称为叠加态。例如，一个量子比特可以同时处于0和1两种状态，但这种科普层级的解释还是让我犯迷糊，终究没搞明白什么是叠加态，量子比特是如何使用叠加特性进行快速计算的？

翻阅《量子计算机—重构未来》第二章37页，关于量子叠加原理的：

书中用手指姿态来解释量子叠加，量子比特是在以0和1为顶点的布洛赫球的概念上考虑的，伸出手指是0，弯曲手指是1，综合考虑手指的角度、方向信息就是量子比特；这个形容很有特色很新颖，但依旧没有理解叠加原理。神奇的量子世界充满了未知，继续探索吧，小白！

附：

什么是布洛赫球？

布洛赫球(Bloch sphere)是量子力学中的一个重要概念，用于描述量子比特(qubit)的状态，由瑞士物理学家费利克斯·布洛赫(Felix Bloch)在1929年提出。布洛赫球是一个单位二维球面 (注意:只是球面而非球体)。

在布洛赫球上，一个单量子比特的状态可以用一个点表示，这个点的位置和方向对应着量子比特的状态。量子比特状态的操作和变化可以在布洛赫球上用旋转和移动的方式进行描述。通过旋转和移动布洛赫球上的点，我们可以改变量子比特的状态，实现量子计算和量子通信中的各种操作。

布洛赫球也可以推广到n能级的量子系统，但是其可视化很少有用。在光学中，布洛赫球又称为庞加莱球。