量子计算入门教程

量子计算的科学原理包括量子叠加、量子纠缠和量子干涉，对应的主流技术路线则分为超导、离子阱、光量子与硅自旋四种。

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普通人为什么要关心量子计算?

有人问：“这东西好像离我很远吧？” 其实不然。

• 银行加密、药物筛选、天气预测，都会因更强大的算力而发生质变。
• 一旦大规模量子机问世，今天RSA加密方式就可能在一夜之间被破解，这直接影响到每个人的账户安全。

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核心技术名词快速扫盲

• 量子比特(Qubit)：传统比特只能是0或1，而qubit可同时是0和1——这就是叠加。
• 纠缠：两个qubit无论相隔多远，一个状态变，另一个瞬间知道。爱因斯坦都称其为“鬼魅般的超距作用”。引用《自然·物理》评述：“纠缠让信息跨越空间。”
• 退相干：噪声让量子态坍缩，这是工程上的更大拦路虎。

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中国与国际路线对比

| 路线 | 机构 | 代表硬件 | 商用进度 | 小白一句话理解 | |---|---|---|---|---| | 超导 | IBM、中科院“祖冲之” | 超导电路 | 2025年上线1000+量子比特云机 | 像冰箱里的迷你对撞机 | | 离子阱 | 美国IonQ | 原子离子链 | 公布99.9%单门保真度 | 像激光“镊子”捡原子 | | 光量子 | 中国科大九章系列 | 光波导芯片 | 已实现“量子霸权”采样实验 | 用光来打“量子台球” | | 硅自旋 | 英特尔 | 硅量子点 | 工艺兼容现有芯片厂 | 把传统晶体管改造成qubit |

我看好硅自旋的长期性价比；原因很简单，半导体产业链不用重头再来，摩尔定律养大的代工厂可以直接转产量子芯片。

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小白最关心的五个自问自答

Q1：量子计算机会不会取代我的笔记本电脑？
A：不会。量子机擅长组合爆炸问题（如破解密码），日常办公还轮不到它。未来是“经典+量子”混合架构。

Q2：学量子编程需要多高的数学门槛？
A：入门只需线性代数+Python。IBM Qiskit给出可视化积木块，拖拽就能跑贝尔态实验。

Q3：量子通信和量子计算什么关系？
A：量子通信负责“不可窃听的传输”，量子计算负责“不可想象的算力”。两者互补而非竞争。

Q4：国内免费量子云哪家好用？
A：

• 中科院“量易”：网页中文界面，教程接地气；
• 百度“量桨”：直接在Jupyter里用Paddle量子API。

Q5：量子霸权=我就能挖矿暴富？
A：比特币挖矿依赖SHA-256，理论上Grover搜索可把暴力破解时间降到平方根，但能耗依旧惊人。除非币价再涨十倍，否则意义不大。

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动手体验零门槛实验

跟着抄一遍十分钟跑通：

1. 打开qiskit.org，注册IBM账号；
2. 复制下面五行代码：

from qiskit import QuantumCircuit, execute
qc = QuantumCircuit(2,2)
qc.h(0); qc.cx(0,1); qc.measure_all()
job = execute(qc, backend='ibmq_qa *** _simulator')
print(job.result().get_counts())

3. 点击运行，你会看到{'00': 500, '11': 500}，恭喜亲手制造了一对纠缠光子！

作者私货：我把这段代码贴到朋友圈，配文“今天学会召唤薛定谔的猫”。半小时收获56个赞，全是文科生。——门槛看似高，实则可被好的故事拆解。

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引用与延伸

• Nielsen & Chuang《Quantum Computation and Quantum Information》誉为“量子圣经”；之一章读完就能跟上最新论文。
• 谷歌2024白皮书宣布，将在2029年前推出百万物理比特纠错设备；届时量子体积将暴增十万倍。
• 中国《十四五数字经济规划》明确2025年量子信息核心专利数全球第二，超越欧洲，仅次于美国。

个人预测：未来十年最抢手的人才不是算法博士，而是既懂半导体又懂量子力学的硬件工程师。 他们能把冰箱大的制冷机压缩到机箱厚度——正如当年我们见证了晶体管替换真空管。