[量子计算-001]用一个例子解释量子计算

量子计算是这样的：一个量子位可以同时表示0和1，也就是说，有一定的概率是0，有一定的概率是1，概率和是1，这一个很好理解，中学物理的波函数的概念。量子位没有被测量的时候，值是不定的，可能是0和1，如果用设备测量，测量本身会对量子位造成影响，使得量子位的确切地变成0或者1。测量一个量子位若干次，大概会出现50%几率是1,50%几率是0，机会均等，测量次数越多，概率越稳定。量子位可以用光子、电子、原子等实现。

量子门，是对量子位进行运算的操作。一个量子位通过量子门之后，它的值概率函数就被改变了，再测量它的值，出现0和1的概率不再是50% vs 50%，而是其他概率。不同的量子门有不同的概率函数。比如CX门，第一个量子位被CX门处理，把结果放到第二个量子位上：如果第一个量子位是1，CX门把第二个量子位做not操作，也就是把1变0，把0变1，如果第一个量子位是0，CX门对第二个量子位不作任何操作。不同的量子门以不同的方式改变不同的概率。

根据IBM Q举个栗子。两个量子位的计算HelloWorld。两个量子位的初始值设置为0。如果不作任何量子门计算， 直接去做测量操作，那么两个量子位测量结果99%是00，其他三种状态01、10、11的概率都是极低的。现在，对第一个量子位为做一个H门计算，H门计算会让第一个量子位等概率出现0和1，然后再对第一个量子门做一个CX门计算，将结算结果放到第二个量子位上，那么，如果第一个量子位的值会影响到第二个量子位的值。流程如下：

对这两个量子位做测量。测量即计算。测量1000次。第一个量子位出现0的概率是58.105%，出现1的概率是41.895%。如果第一个量子位的值是0，那么第二个量子位应该保持0不变，经过计算可知，如果第一个量子位是0，那么第二个量子位的值是0的概率为55.664/(55.64+2.441)=96%，高概率。如果第一个量子位的值是1，那么第二个量子位的值会高概率地从初始值0变成1，经过计算可知，这个概率是92.3%，符合。因此，两个量子位这个运行就形成了如图所示的概率结果。

量子计算的两个关键是扩大量子位和设计量子门。量子位的数量取决于工程能力。量子门的设计取决于量子的物理特性。由于量子位有限，量子门有限，因此量子计算限定于解决量子门能表达的问题。