量子程序设计基础 | 量子态的可视化

根据量子比特布洛赫矢量的坐标绘制布洛赫球几何图像的函数为

plot_bloch_vector(bloch, title=' ', ax=None,figsize=None,\\
    coord_type='cartesian')

当coord_type ='cartesian'时，布洛赫矢量采用量子态直角坐标(x,y,z);当coord_type ='spherical'时，布洛赫矢量采用量子态球极坐标(r,θ,ϕ)。coord_type默认采用直角坐标系。参数title为字符串类型，若非空，则在显示图片的上方显示该标题。

【例6.7】编程实例: 请绘制|+〉对应的布洛赫球表示。

解:

|+〉的直角坐标为(1,0,0),代码实现如下。

输出结果如图6.7所示。

■ 图6.7绘制布洛赫球

根据状态向量或密度矩阵绘制对应的布洛赫球几何图像的函数为

plot_bloch_multivector(state,title='',figsize=None,,\\
    rho=None,reverse_bits=False)

该函数根据量子比特的状态向量绘制布洛赫球几何图像，也适用于单量子比特。state代表量子态，可以用状态向量或密度矩阵表示;reverse_bits为布尔变量，为True时序号大的量子比特先输出，为False时序号小的量子比特先输出(默认为False)。

【例6.8】编程实例: 考察图6.8所示的量子线路，算符U₀对应图中两条barrier虚线之间的部分，q₁和q₀的初态为|00〉,分别给出算符U₀初态和末态的状态向量及其布洛赫球表示，并分析推断其功能和意义。

■ 图6.8量子线路

解:

代码如下。

U₀初态的状态向量为［0.5+0.j 0.5+0.j 0.5+0.j 0.5+0.j］，输出的布洛赫球表示如图6.9所示。

■ 图6.9U₀初态

U₀末态的状态向量为［0.5+0.j -0.5+0.j -0.5+0.j -0.5+0.j］，输出的布洛赫球表示如图6.10所示，表明其无法用两个独立的量子态的张量积表示，这是因为该态为纠缠态。

■ 图6.10U₀末态

U₀实现的功能为