Qubit｜让量子模拟在经典计算机上跑起来

作为量子力学的重要应用之一，量子计算正在受到越来越多的关注，但结合理论代码的科普还比较少。从本期开始，NBHub 将以云上 Notebook 的形式推出一系列关于量子计算和量子模拟的科普介绍。请大家期待！

基础知识介绍

量子计算 (Quantum Computing)是一种不同于经典计算的计算模型。上世纪七八十年代，随着量子力学的发展，相关研究提出了观测、模拟量子系统的需求，而构建遵循量子力学而非经典物理原理的“量子计算机”的想法也应运而生。

量子算法 (Quantum Algorithm)指的是在量子计算的现实模型上运行的算法。量子算法往往利用了量子计算的量子叠加、量子纠缠等特性，从而在特定任务上相对经典算法能取得加速。最著名的例子包括1994年Shor提出的大数质因数分解的量子算法，1996年Grover提出的无序列表搜索的量子算法以及本期 Notebook 所介绍的量子模拟算法等。

量子模拟算法 (Quantum Simulation Algorithm)可以追溯到 1982 年，Feynman 在《用计算机模拟物理学》演讲中提出，用经典计算机模拟量子体系的演化具有本质的困难，而使用“量子计算机”来完成这些工作也许是一条可行的道路。1996 年，Seth Lloyd 提出了第一个基于 Product Formula 的显式算法。此后，更多的量子模拟算法开始涌现，应用场景遍及量子场论、量子化学、凝聚态物理等。

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Notebook 上手实践

本期 Notebook 分为哈密顿量模拟 (Hamiltonian Simulation) 与变分量子本征值求解器 (VQE) 两部分。

第一部分以海森堡模型为例，介绍 Trotter-Suzuki 公式及其引入随机性的变式 qDRIFT 算法的具体实现，并且对误差进行比较分析。

第二部分利用了腾讯的量子计算化学包演示了变分量子算法求解氢体系本征值的结果与量子线路。

点击下方图片，探索量子模拟的神奇世界：

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