寫在前面

一直想專門寫點Quantum Computing的文章，但不知道如何著手。相信對於QC感興趣的童鞋也是面臨想進入這個行業但不知道從何著手的困境，因此今後逐漸會將精力分散一部分來系統性的編寫和解讀一些量子計算領域中的文章或者新聞。有想理解的量子詞彙歡迎留言。

常見詞彙

量子（Quantum）：量子一詞來自拉丁語quantum，意為“有多少”，代表“相當數量的某物質”。在物理學中常用到量子的概念，指一個不可分割的基本個體。例如，“光的量子”是光的單位。而延伸出的量子力學、量子光學等更成為不同的專業研究領域。

量子態（quantum state）：在量子力學裡，量子態（英語：quantum state）指的是量子系統的狀態。態向量可以用來抽像地表示量子態。一般而言，量子態可以是純態或混合態。上述案例是純態。混合態是由很多純態組成的概率混合。不同的組合可能會組成同樣的混合態。當量子態是混合態時，可以用密度矩陣做數學描述，這密度矩陣實際給出的是概率，不是密度。純態也可以用密度矩陣表示。量子純態可以表徵如電子自旋向上的量子態 |↑>

和電子自旋向下的量子態 |↓>。
一般而言，量子態可以是純態或混合態。上述案例是純態。混合態是由很多純態組成的概率混合。不同的組合可能會組成同樣的混合態。當量子態是混合態時，可以用密度矩陣做數學描述，這密度矩陣實際給出的是概率，不是密度。純態也可以用密度矩陣表示。

量子計算（Quantum computing）：利用量子力學現象（例如態疊加原理和量子糾纏），研究計算系統 (量子計算機) ,來執行資料操作。

態疊加原理（Superposition principle）：假若一個量子系統的量子態可以是幾種不同量子態中的任意一種，則它們的歸一化線性組合也可以是其量子態。稱這線性組合為“疊加態”。假設組成疊加態的幾種量子態相互正交，則這量子系統處於其中任意量子態的概率是對應權值的絕對值平方。

量子糾纏（Quantum entanglement）：在量子力學裡，當幾個粒子在彼此相互作用後，由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質，無法單獨描述各個粒子的性質，只能描述整體系統的性質，則稱這現象為量子纏結或者量子糾纏。

量子退火（Quantum annealing ）：是一種量子漲落特性的次經驗演算法，可以在目標方程擁有多組候選解答的情況下，找到全域性最優解。量子退火主要用於解決離散空間有多個區域性最小值的問題(組合優化問題)，像是尋找自旋玻璃的基態。

量子漲落（Quantum fluctuation）：量子漲落或量子真空漲落，真空漲落是在空間任意位置對於能量的暫時變化。從維爾納·海森堡的不確定性原理可以推匯出這結論。根據這原理的一種表述，能量的不確定性E與能量改變所需的時間t的乘積應為約化普朗克常量

的一半。可以理解為在空間生成了由粒子和反粒子組成的虛粒子對。粒子對借取能量而生成，又在短時間內湮滅歸還能量。看似違反了能量守恆定律但是這些產生的虛粒子的物理效應是可以被測量的。有時會被人誤解為憑空出現的能量。可以通過狄拉克之海的思考來理解漲落問題。（參考：https://www.zhihu.com/question/44558685）

相干性（Coherence）：指的是，為了產生顯著的干涉現象，波所需具備的性質。更廣義地說，相干性描述波與自己、波與其它波之間對於某種內秉物理量的相關性質。

量子相干性（Quantum coherence）：在量子力學裡，物質具有波動性（參閱德布羅意假說）。例如，楊氏雙縫實驗也可以用電子來完成。從電子源發射出的每一個電子可以穿過兩條狹縫中的任何一條狹縫，因此，有兩種抵達觀察屏最終位置的方法可供選擇。一種方法是將狹縫S1關閉，電子只能穿過狹縫S2；另一種方法是將狹縫S2關閉，電子只能穿過狹縫S1。每一種方法可以設定為一個特別的量子態。由於這兩個量子態會相互干涉，因而影響電子抵達偵測屏最終位置的概率分佈，也因此形成了觀察屏的干涉圖樣。這相互干涉的能力展現出粒子的“量子相干性”。假若，試圖探測電子到底是經過哪一條狹縫。那麼，兩個量子態的相位關係會不再存在。這雙態系統就會被退相干化。這現象顯示出量子系統的互補性。
假若，試圖探測電子到底是經過哪一條狹縫。那麼，兩個量子態的相位關係會不再存在。這雙態系統就會被退相干化。這現象顯示出量子系統的互補性。

薛定諤波動方程（Schrödinger equation of wave）：基於德布羅意的物質波模型，埃爾溫·薛定諤假設電子就是那樣環繞原子核的波，然後對電子的行為進行了數學分析。他並沒有把電子比作繞行星轉動的衛星，而是直接把它們看作在原子核周圍的某種波，並且指出描述各個電子的波函式都是互不相同的。而這種波函式所遵守的方程被命名為薛定諤方程，以紀念他為量子力學做出的貢獻。薛定諤方程分別從三個性質出發描述了波函式
1.軌道的名稱表明了粒子波的能量高低（離原子核越近能量越低）。
2.軌道的形狀，球形或者其他。
3.軌道的傾角，決定了電子對z軸的磁矩。
4.自旋（沃爾夫岡·泡利加入）
這些特性被歸納成描述電子量子態的波函式。量子態代表著電子的這些特性，它適時的描述了電子的狀態。

波函式坍縮（Wave function collapse）：對於單個電子而言，薛定諤的波動方程及其獨特的波函式和海森堡的量子化的點粒子的概率分佈一樣在空間中散開，因為波本身就是分佈很廣的擾動而不是點粒子。因此，薛定諤的波動方程能夠得到和不確定性原理相同的結果，因為位置的不確定性在波的擾動的定義中就表現出來了。只有海森堡的矩陣力學才需要定義不確定性，因為它是從粒子的觀點出發的。薛定諤的波函式顯示電子總是處於概率雲中，在它像波一樣展開的概率分佈中。對於電子的位置可以直接測量而不會得到一個概率分佈，是因為電子暫時失去了波的性質。沒有了波的性質，薛定諤的關於電子的波的特性的預言也都失效了。對粒子的位置的測量使粒子失去了波的性質，以至於薛定諤的波動方程失效了。電子一經測量再也不能被波函式所描述，它的波長變得很短並且它與測量裝置的粒子相互糾纏，這種現象就是所謂的坍縮。

不確定性原理/測不準原理（uncertainty principle）:粒子的位置與動量不可同時被確定，位置的不確定性越小，則動量的不確定性越大，反之亦然。[1]:引言對於不同的案例，不確定性的內涵也不一樣，它可以是觀察者對於某種數量的資訊的缺乏程度，也可以是對於某種數量的測量誤差大小，或者是一個系綜的類似製備的系統所具有的統計學擴散數值。

量子計算機定義

在量子計算機中，採用的是量子態編碼資訊，其儲存量子資訊的基本單元是量子位（Qubit）的量子雙態系統。或者說是一個二位Hilbert空間。當然，也可以將量子計算機看成是一系列量子邏輯閘構成的電路系統。量子邏輯閘對量子暫存器進行操作，實現量子態的轉換，即實現對量子暫存器中的資料進行計算、處理。

量子計算過程

首先，量子計算機能夠製備出處於疊加、等振幅（等概率）的量子初態。其次，按照不同的演算法，需要對量子的疊加態不斷進行操作，如量子邏輯閘操作或者么正變換等。最後，對一系列量子最終的疊加態進行測量，使其以接近於1的概率他所到所希望的狀態。從而來給出量子平行計算的輸出結果。這裡需要注意的是，一個量子計算網路能夠被分解成多個不同的量子邏輯閘，因此量子邏輯閘是量子計算機的最基本構造單位之一。另外，量子計算機對量子初態進行演化的過程，也就是量子計算機可以沿著各條互不相同的路徑同時對量子初態進行操作，最終獲得對應塌縮後輸出的量子疊加態。
__________________________________2018/04_______________________________