Python量子计算实践：基于Qiskit和IBMQuantumExperience平台9787115609731
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作者[美]哈西·诺伦（Hassi Norlén）|译者:陈梦婷
出版社人民邮电
ISBN9787115609731
出版时间2024-04
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货号32051098
上书时间2024-07-27
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作者简介
[美]哈西·诺伦（HassiNorlén），IBM沃森物联网解决方案的首席信息开发人员，致力于沃森物联网服务产品生态系统的开发。拥有超过15年工作经验，曾负责过Web内容管理、大数据分析、传感器和IoT、量子计算等多领域工作。
目录
第 1章 搭建编程环境1
1.1 技术要求1
1.2 创建IBM Quantum Experience账号2
1.2.1 准备工作2
1.2.2 操作步骤3
1.2.3 参考资料4
1.3 安装Qiskit4
1.3.1 准备工作4
1.3.2 操作步骤4
1.3.3 知识拓展6
1.3.4 参考资料6
1.4 下载示例代码7
1.4.1 准备工作7
1.4.2 操作步骤7
1.4.3 运行原理10
1.5 安装API密钥并访问提供服务的量子计算机11
1.5.1 准备工作11
1.5.2 操作步骤11
1.5.3 运行原理12
1.5.4 知识拓展12
1.6 及时更新Qiskit环境13
1.6.1 准备工作13
1.6.2 操作步骤14
1.6.3 运行原理15
第 2章 基于Python的量子计算和量子比特17
2.1 技术要求17
2.2 比较经典比特和量子比特18
2.2.1 准备工作18
2.2.2 操作步骤18
2.2.3 运行原理20
2.2.4 参考资料23
2.3 使用Python将量子比特可视化23
2.3.1 准备工作25
2.3.2 操作步骤25
2.3.3 知识拓展28
2.3.4 参考资料29
2.4 量子门简介29
2.4.1 准备工作30
2.4.2 操作步骤30
2.4.3 运行原理32
2.4.4 知识拓展36
2.4.5 参考资料39
第3章 IBM Quantum Experience ——拖放式量子编程40
3.1 技术要求40
3.2 IBM Quantum Experience简介41
3.2.1 Results42
3.2.2 Circuit Composer43
3.2.3 Quantum Lab45
3.3 使用Circuit Composer搭建量子乐谱46
3.3.1 操作步骤46
3.3.2 知识拓展50
3.4 量子抛硬币实验52
3.4.1 操作步骤52
3.4.2 知识拓展55
3.5 不同软件之间的交互58
3.5.1 准备工作58
3.5.2 操作步骤59
3.5.3 运行原理62
3.5.4 知识拓展63
3.5.5 参考资料64
第4章 从Terra入门65
4.1 技术要求66
4.2 创建一个Qiskit量子程序66
4.2.1 所需的类、模块和函数66
4.2.2 使用量子寄存器和经典寄存器67
4.2.3 理解量子线路67
4.2.4 选择运行所需的后端67
4.2.5 以作业形式运行量子线路67
4.2.6 接收作业的结果68
4.3 再谈量子抛硬币68
4.3.1 准备工作69
4.3.2 操作步骤69
4.3.3 运行原理71
4.4 获取统计数据——连续多次抛硬币72
4.4.1 准备工作72
4.4.2 操作步骤73
4.4.3 运行原理74
4.4.4 知识拓展74
4.5 交换所抛硬币的正反面75
4.5.1 准备工作75
4.5.2 操作步骤75
4.5.3 运行原理77
4.5.4 知识拓展77
4.6 同时抛两枚硬币78
4.6.1 准备工作78
4.6.2 操作步骤78
4.6.3 运行原理80
4.6.4 知识拓展80
4.7 抛硬币中的量子作弊——贝尔态简介80
4.7.1 准备工作81
4.7.2 操作步骤81
4.7.3 运行原理83
4.7.4 知识拓展84
4.7.5 参考资料84
4.8 其他量子作弊方法——调整赔率84
4.8.1 准备工作84
4.8.2 操作步骤85
4.8.3 运行原理86
4.8.4 知识拓展88
4.9 抛更多的硬币——直接方法和作弊方法89
4.9.1 准备工作89
4.9.2 操作步骤89
4.9.3 运行原理92
4.9.4 知识拓展92
4.10 抛实体硬币92
4.10.1 准备工作93
4.10.2 操作步骤93
4.10.3 运行原理95
4.10.4 知识拓展95
第5章 使用Qiskit工具访问IBM Quantum硬件98
5.1 技术要求98
5.2 什么是IBM Quantum机器99
5.2.1 准备工作99
5.2.2 操作步骤99
5.2.3 运行原理101
5.2.4 参考资料101
5.3 定位到可用的后端101
5.3.1 准备工作102
5.3.2 操作步骤102
5.3.3 知识拓展105
5.3.4 参考资料105
5.4 比较后端105
5.4.1 准备工作106
5.4.2 操作步骤106
5.4.3 知识拓展109
5.5 查询最空闲的后端110
5.5.1 准备工作110
5.5.2 操作步骤110
5.6 使后端可视化112
5.6.1 准备工作113
5.6.2 操作步骤113
5.6.3 知识拓展115
5.6.4 参考资料117
5.7 使用Qiskit探索选定的后端117
5.7.1 准备工作118
5.7.2 操作步骤118
5.7.3 参考资料121
第6章 Qiskit量子门资源库简介123
6.1 技术要求124
6.2 使量子门可视化124
6.2.1 准备工作124
6.2.2 操作步骤126
6.2.3 运行原理129
6.2.4 参考资料132
6.3 使用泡利X门、泡利Y门和泡利Z门翻转量子比特132
6.3.1 操作步骤132
6.3.2 知识拓展133
6.4 使用H门创建量子叠加134
6.4.1 操作步骤135
6.4.2 知识拓展136
6.4.3 参考资料136
6.5 使用量子相移门S、S 、T和T 将量子比特绕z轴旋转136
6.5.1 操作步骤137
6.5.2 知识拓展138
6.6 使用Rx门、Ry门和Rz门将量子比特绕任意坐标轴自由旋转138
6.6.1 操作步骤139
6.6.2 知识拓展140
6.7 使用基本量子门U1、U2、U3和ID搭建量子线路140
6.7.1 U3量子门141
6.7.2 U2量子门141
6.7.3 U1量子门141
6.7.4 准备工作142
6.7.5 操作步骤142
6.7.6 知识拓展145
6.8 双量子比特门146
6.8.1 准备工作146
6.8.2 操作步骤147
6.8.3 运行原理148
6.8.4 知识拓展149
6.8.5 参考资料149
6.9 多量子比特门149
6.9.1 操作步骤150
6.9.2 知识拓展152
6.10 量子线路的真面目154
6.10.1 准备工作155
6.10.2 操作步骤157
6.10.3 知识拓展159
第7章 使用Aer模拟量子计算机166
7.1 技术要求167
7.2 了解量子模拟器的用法167
7.2.1 准备工作167
7.2.2 操作步骤167
7.2.3 知识拓展171
7.2.4 参考资料171
7.3 比较Qiskit Aer模拟器和IBM量子计算机172
7.3.1 准备工作172
7.3.2 操作步骤172
7.3.3 运行原理173
7.3.4 知识拓展176
7.3.5 参考资料176
7.4 将IBM Quantum后端的噪声配置文件添加到本地模拟器中178
7.4.1 准备工作178
7.4.2 操作步骤178
7.4.3 参考资料184
7.5 使用幺正模拟器加深对量子线路的理解184
7.5.1 准备工作185
7.5.2 操作步骤185
7.6 使用态矢量模拟器进行诊断188
7.6.1 准备工作192
7.6.2 操作步骤193
7.6.3 知识拓展199
第8章 使用Ignis清理量子操作200
8.1 技术要求200
8.2 探索量子比特，理解T1、T2、误差和量子门201
8.2.1 准备工作201
8.2.2 操作步骤203
8.2.3 运行原理205
8.2.4 知识拓展206
8.3 比较同一块芯片上的量子比特208
8.3.1 准备工作208
8.3.2 操作步骤211
8.3.3 知识拓展215
8.3.4 参考资料215
8.4 估算可用时间内的量子门的数量215
8.4.1 准备工作216
8.4.2 操作步骤219
8.4.3 知识拓展222
8.4.4 参考资料225
8.5 用读出校正来纠正预期结果225
8.5.1 准备工作226
8.5.2 操作步骤228
8.6 用量子纠错减轻意外情况造成的影响230
8.6.1 准备工作231
8.6.2 操作步骤235
8.6.3 运行原理238
8.6.4 知识拓展242
8.6.5 参考资料242
第9章 Grover搜索算法243
9.1 技术要求243
9.2 了解量子相位反冲244
9.2.1 准备工作245
9.2.2 操作步骤245
9.3 经典搜索算法简介252
9.3.1 准备工作252
9.3.2 操作步骤252
9.4 搭建Grover搜索算法254
9.4.1 准备工作255
9.4.2 操作步骤260
9.4.3 知识拓展268
9.4.4 参考资料269
9.5 使用3量子比特Grover算法进行搜索270
操作步骤270
9.6 在Grover搜索过程中加入更多量子比特274
9.6.1 准备工作275
9.6.2 操作步骤276
9.6.3 知识拓展281
9.7 在代码中使用Grover量子线路282
9.7.1 准备工作282
9.7.2 操作步骤282
9.7.3 知识拓展283
第 10章 使用Aqua了解算法284
10.1 技术要求284
10.2 以Aqua函数的形式运行Grover算法284
10.2.1 准备工作285
10.2.2 操作步骤285
10.2.3 运行原理290
10.2.4 知识拓展290
10.3 以Aqua函数的形式运行Shor算法293
10.3.1 准备工作294
10.3.2 操作步骤294
10.3.3 知识拓展297
10.3.4 参考资料298
10.4 了解Aqua中的更多算法298
10.4.1 准备工作299
10.4.2 操作步骤299
10.4.3 知识拓展300
10.4.4 参考资料300
感谢阅读302
内容摘要
本书使用Qiskit开源框架和IBMQuantumExperience平台搭建一个量子计算平台，并借助Python来介绍实现量子编程的方法。
本书内容由浅入深，从搭建编程环境并编写一个简单的量子程序开始，介绍如何使用Python编写简单的脚本，Qiskit和IBMQuantumExperience进行交互的方法，概率计算、叠加和纠缠等基本概念，影响量子程序输出结果的各种物理因素，Qiskit量子门资源库，使用Aer模拟量子计算机，使用Ignis清理量子操作，Grover搜索算法，以及使用Aqua运行Grover算法和Shor算法等重要内容。
本书能够帮助读者学会使用Qiskit和IBMQuantumExperience，同时结合Python编程实践来实现量子比特的可视化并深入理解量子门、贝尔态、量子线路等概念，进一步掌握在实践中使用量子算法的方法。
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