Contents
先決條件
Python 基礎 • 基礎數學（代數和幾何）
學到的技能
安裝和測試 IBM Qiskit • 使用 Python 和 Qiskit 創建和使用 qubits、量子寄存器和量子電路 • 使用量子演算法
通過此 liveProject 系列獲得結業證書
故事背景
Action at a Distance Corporation 認為，量子計算機的性能將很快超越其經典計算機。 這就是為什麼風險資本家財團認為現在是投資量子新創公司的時候了。 它依靠它的常駐研究員 – 也就是您！來提升您的量子運算知識並評估來自有希望的量子新創公司的提案。
在這一系列的 liveProject 中，您將使用開源 Qiskit 開發環境開發核心量子運算技能，確定可行的量子應用，發現什麼是“量子優勢”，並確定量子競賽的主要參與者。 在整個系列中，您將為聯盟準備簡短的筆記，分享您學到的知識。 完成後，您將掌握核心量子程式編輯的技能，並理解量子運算的價值。
這些專案專為學習目的而設計，並不是完整的、可用於生產的應用程序或解決方案。
你將學習
在此 liveProject 系列中，您將培養核心量子運算技能，擴展您的量子概念知識，並了解量子運算及其實際應用的不斷擴大的作用。
- 創建和測試 Python Qiskit 導入模板
- 調查 Qiskit 生態系統
- 使用 IBM Qiskit 在整個過程中創建和運行量子電路
- 使用 3 個 Pauli 量子門：X、Y 和 Z，Hadamard H 門和非受控 CNOT 門
- 使用 IBM Quantum Composer 視覺化和運行量子電路
- 調查並報告重大量子應用
- 使用雙 Qubit 量子態和 CNOT 量子門
- 量子糾纏（一個基本的量子概念，愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”）
- 以程式編輯方式探索相位反沖，這是許多量子演算法的重要組成部分
- 處理與 Bloch 球體上三組基態相關的角度和向量，這對於視覺化表示 Qubits 非常有用
- 使用兩種不同的方法在 IBM 量子硬體上運行您選擇的電路
- 使用 Qiskit 程式庫運行 Shor 演算法
- 實現量子超密編碼、隱形傳態、傅里葉變換和相位估計
- 使用量子預言機
要求
這個 liveProject 系列適合任何具有基本代數和幾何技能、基本 Python 程式技能以及對使用 IBM Qiskit 學習量子程式編輯的物理原理和技術有濃厚興趣的人。 要開始這些 liveProjects，您需要熟悉以下內容：
工具
- Python 編程基礎
- 基本代數（方程和根式化簡）
- 基本線性代數（向量和矩陣）
- 基本幾何（圖表和角度）
- 基本複數（格式和簡單操作）
- 基本概率（使用分數和標準化）
- 基礎經典計算
技巧
- 在終端中使用命令行
- 使用 Conda 或其他方式在 Python 中創建虛擬環境
- 使用 pip 將套件安裝到 Python 虛擬環境中
- 使用 Jupyter Notebook 編寫和運行 Python 程式
涵蓋的五個專案
專案 1 初始化量子位並運行量子電路
進入量子運算世界，探索量子計算機如何在短時間內解決問題。 您是 Action at a Distance Corporation 的研究員，這是一個風險資本家聯盟，他們認為現在是了解和投資量子運算新創公司的時候了。 您的任務是學習基本的量子運算技能，這樣你就可以評估量子新創公司的提案並向聯盟的合作夥伴介紹情況。 在創建自己的 Qiskit 程式編輯 Python 導入模板時熟悉 Qiskit 環境，然後在向模板添加程式碼時發現 Qiskit 生態系統的功能。 您將建立一個量子電路，獲得與量子態相關的振幅和概率的第一手經驗。 掌握這些基礎知識後，您將為提交給聯盟的報告準備簡短的筆記，研究哪些公司將成為量子競賽的主要參與者，他們追求的是什麼類型的量子硬體，以及“量子”到底是什麼 優勢。”
專案 2 用量子門操縱 Qubits
Action at a Distance Corporation 是一家由風險資本家組成的財團，他們認為現在是投資量子運算新創公司的時候了。 作為常駐研究員，您的工作是熟悉量子技術和應用。 您將編寫涉及四個不同量子門（quantum gates，量子的基本處理單元）的量子電路。 您將可視化門的效果，運行和測量電路，並使用 IBM Quantum Composer 來演示門的使用。 隨著對量子的更深入理解，您將調查主要的量子用例，以幫助聯盟確定初創公司的提案是否具有商業應用。
專案 3 運行雙 Qubit 電路
糾結於量子運算！ 風險資本家聯盟 Action at a Distance Corporation 認為現在是投資量子運算新創公司的時候了。 作為聯盟的常駐研究員，您的任務是了解量子運算的力量。
您將學習識別兩個量子位的歸一化量子態，這是實現量子演算法的一項關鍵技能。 您將熟悉非受控 (Controlled Not，CNOT) 門，它對構建重要的糾纏態至關重要，並且您將在編寫（著名的！）糾纏貝爾態( entangled Bell states )時觀察到愛因斯坦所說的“遠距離怪異作用” . 使用 IBM Quantum Composer，您將視覺化量子電路並為其製作動畫，深入了解處理門及其結果。
專案 4 在量子硬體上運行電路
風險資本家聯盟 Action at a Distance Corporation 認為，現在是投資量子運算新創公司的時候了。 作為聯盟的研究員，您的任務是獲取有關量子運算能力的知識。
您將探索矩陣表示 – 量子運算的數學基礎 – 並檢查使用不同門排列來實現相同功能的量子電路。 您將使用相位反沖（phase kickback，許多量子演算法的重要組成部分）升級您的量子工具箱，並且您將使用 Bloch 球體，這是一種視覺化表示 qubits 的方法。 然後，您將使用兩種不同的方法在 IBM 量子硬體上運行電路，這項任務在不久的將來會很普遍。
專案 5 開發量子演算法
作為風險投資公司 Action at a Distance Corporation 的研究員，您的工作是評估希望獲得投資的量子心創公司的提案。 但首先，您需要擴展您的量子運算知識。
您將通過研究和編碼關鍵量子演算法來建構您的量子肌肉，這些演算法包括量子隱形傳態演算法、量子相位估計演算法、量子傅里葉變換演算法和 Grover 演算法。 憑藉您的新知識，您將撰寫一份簡短報告，說明現在是否是投資量子新創公司的合適時機。
圖書資源
當您開始本系列中的每個專案時，您將可以在 90 天內完全訪問以下書籍。
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專案作者
Tony Holdroyd 擁有計算機科學碩士學位和數學研究生工作，並作為退休高級講師分享他在這些學科方面的專業知識。 退休前，他專門從事程式語言的研究和教學，並帶領多個團隊贏得了英國多家教育機構學位課程的重要合同。 退休後，他曾擔任美國多家主要出版商的技術審查員和 Beta 測試員，同時也是機器學習領域的出版作者。
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