量子计算:从随机数生成到超密编码与量子隐形传态
1. 量子随机数生成
量子计算机的概率特性可被利用来生成随机比特或数字,这里主要借助哈达玛(Hadamard)门。哈达玛门是量子信息系统中的基本门之一,用于使量子比特处于叠加态。从代数角度,它由特定矩阵描述。
为更好理解该矩阵如何使量子比特处于叠加态,可考虑单个量子比特的几何表示:
- (|\ 0 \rangle = \begin{bmatrix} 1 \ 0 \end{bmatrix})
- (|\ 1 \rangle = \begin{bmatrix} 0 \ 1 \end{bmatrix})
哈达玛门扩展了量子电路可能的状态范围,这很重要,因为状态的扩展为寻找捷径以实现更快计算创造了可能。不过,量子力学表明,即使掌握了完整的物理定律或粒子的初始条件,我们也无法确定系数α和β的值,最多只能计算概率。
直接使用哈达玛门生成随机比特效率较低,更好的方法是编写Qiskit Python脚本来创建电路。以下是生成100个8位随机数的量子程序示例:
############################# import sys,time from qiskit import * # Generate an 2**n bit random number where n = # of qubits def qrng(n): # create n qubit(s) quantum_r = QuantumRegister(n, "qr") # create n classical registers