第一个Q#程序：量子叠加

在这篇文章里我们会写一个Q#程序，Hello world级别的。

 

对于量子理论，我并不很了解。同事对于Q#也不太了解。所以这篇文章并不会研究程序运行的原理，只是看一下结果，表明Q#的能力。

 

打开已经扩展了Q#能力的VS 2017。新建一个项目，选择C#下面的Q# Application。起名叫Bell。

VS会帮我们创建好一个Operation.cs文件和一个Driver.qs文件。

operation，操作，就类似与C#和java里的静态方法。

 

右键qs文件，将它重命名为Bell.qs。

打开Bell.qs，将操作名Operation改成Set。并添加两个参数：desired: Result, q1: Qubit。

namespace Quantum.Bell
{
    open Microsoft.Quantum.Primitive;

    operation Set (desired: Result, q1: Qubit) : ()
    {
        body
        {

        }
    }
}

 在操作体里面写如下代码

            let current = M(q1);

            if (desired != current)
            {
                X(q1);
            }

 Q#的输入和输出都是元组，就是用小括号包着的0个或多个参数。它的参数类型和方法返回值都是后置的，这和其他某些语言比较类似。

操作里面除了可以有body块外，还可以有adjoint块、controlled块、controlled adjoint块。这里没用上。

 

接下来和Set平级再加一个操作：

    operation BellTest (count : Int, initial: Result) : (Int,Int)
    {
        body
        {
            mutable numOnes = 0;
            using (qubits = Qubit[1])
            {
                for (test in 1..count)
                {
                    Set (initial, qubits[0]);

                    let res = M (qubits[0]);

                    // Count the number of ones we saw:
                    if (res == One)
                    {
                        set numOnes = numOnes + 1;
                    }
                }
                Set(Zero, qubits[0]);
            }
            // Return number of times we saw a |0> and number of times we saw a |1>
            return (count-numOnes, numOnes);
        }
    }

 这样Q#的代码就写好了。

 

然后去写C#驱动。

打开Driver.cs，在Main方法里写

     using (var sim = new QuantumSimulator())
            {
                // Try initial values
                Result[] initials = new Result[] { Result.Zero, Result.One };
                foreach (Result initial in initials)
                {
                    var res = BellTest.Run(sim, 1000, initial).Result;
                    var (numZeros, numOnes) = res;
                    System.Console.WriteLine(
                        $"Init:{initial,-4} 0s={numZeros,-4} 1s={numOnes,-4}");
                }
            }
            System.Console.WriteLine("Press any key to continue...");
            System.Console.ReadKey();

 

 

现在可以构建了，直接按一下F5就行。

如果输出是下面这样 就是可以了

 

Init:Zero 0s=1000 1s=0
Init:One  0s=0    1s=1000
Press any key to continue...

 

如果在BellTest操作中的M方法前加入X方法，结果就会相反：

                    X(qubits[0]);
                    let res = M (qubits[0]);

 

如果把X方法再改成H方法（哈德玛门），结果就会不一样

Init:Zero 0s=484  1s=516
Init:One  0s=522  1s=478

 这个就是传说中的量子叠加！

 

关于更多量子门操作的信息，可以简单百度一下：https://baike.baidu.com/item/%E9%87%8F%E5%AD%90%E9%97%A8/12646873?fr=aladdin