QPanda2学习手册丨试验态制备与量子纠缠

QPanda是由本源量子开发的开源量子计算编程框架，它可以用于构建、运行和优化量子算法。QPanda作为本源量子计算系列软件的基础库，OriginIR、Qurator、量子计算服务提供核心部件。

本节向大家介绍试验态制备与量子纠缠。

试验态制备

试验态制备，指的是量子计算中任意算法的初始量子态的构造，是量子计算的初始步骤。

以单比特的两态空间为例，在实际量子运算中，我们可以直接得到的默认量子态是基态 |0⟩，通过非门可以间接得到基态 |1⟩。对于任给的目标叠加量子态，我们则需要构造相应的量子门组合来得到。从基态|0⟩出发制备任给目标叠加态的过程称为初态制备。

最大叠加态
以二比特态空间为例，从|0⟩^⊗2出发，对每个量子比特进行Hadamard门操作可以得到二比特空间中所有基态的均匀叠加。类似地，在任意维态空间中，均可以借助Hadamard门从多维的|0⟩基态出发，得到所有基态均匀线性组合的量子态。这种量子态称为最大叠加态，很多量子计算中量子比特的初始状态要求为最大叠加态，量子计算的并行性也有赖于此。通过试验态制备，我们就可以得到任意的基础量子态，从而完成量子计算中运算对象的构造。但是在执行运算操作之前，我们需要对量子计算所使用的量子比特给出明确的约束——纠缠关联。在介绍量子纠缠之前，我们需要介绍一下纯态和混态。非基态的量子态都为叠加态。叠加态又可以分为相干叠加和非相干叠加，分别称为纯态和混态。
纯态与混态的区分方式有多种，典型的有布洛赫球（Bloch Sphere），将态空间与Bloch球关联，球面上量子态为纯态，球体内的量子态为混态。另一种重要的区分方式为密度矩阵，混态的密度矩阵非对角元均为0。

量子纠缠
如果一个量子系统的量子态∣ψ⟩可以表示成形如∣ψ⟩=∣ψ0⟩⨂ψ1⟩的两个量子系统的直积形式，我们就将此量子态称为直积态。注释：不能进行这种直积分解的量子态就是纠缠态。例如对二比特的Bell态它不能写成两个单比特量子态的直积形式。量子纠缠态有超越经典关联的量子关联。为了发挥量子计算的并行性和高效性，量子计算使用的量子比特之间应当有着纠缠关联。

最大叠加态制备
下面是基于QPanda-2.0的最大叠加态制备的代码实现，调用的量子比特之间有着纠缠关联。运行结果应当是以均匀概率1/8得到3比特空间中所有量子态：
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