通过量子计算、量子比特和 IBM Q 解决猜球游戏问题

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我和一位朋友 Henry Charles Edwards（简称 HCE）在高中同学聚会时谈到了量子计算。我非常兴奋地分享了自己最近在量子计算和 IBM Q Experience 的经验，以及我为这一主题撰写的博客文章（）的一些细节。
“听起来很酷”，Henry Charles Edwards 说。“我什么时候能买到量子计算机？”他一边问一边捏着搅拌棒的一头搅拌着酒杯。他喝的似乎是有果香的 Porcupine 红酒。
我笑道，“它们实际上还没开始销售，至少对消费者而言是这样。”
“见鬼。  但它们确实很快，对吧？”他歪着脑袋说，以避免被搅拌棒戳到眼镜。
我说，“嗯”。“我不确定你想要一台量子计算机是用来上网还是用来制作电子表格。它们对一些特殊任务更有用。”
“写小说？”他取笑道。  Henry Charles Edwards 总是在写小说，但他似乎从未写完。
“不不不，我的意思是量子计算所擅长的任务 – 你知道，素数因子分解、破解密码，等等。”
他隐晦地眨了眨眼说，“当它们擅长写作时，请告诉我，”然后我们的对话转移到了久远的回忆和变老的趣事或无奈。但是，这场对话引起了我的思考。
使用量子计算机来解决实际问题
量子计算离生活还很远 – 为了让创建量子汇编代码变得直观且富有吸引力，IBM Q Experience 平台已经做了大量令人印象深刻的工作，但它还有很长的路要走。毕竟量子汇编代码只是量子计算进入生活的一小步。
现在，如果您是一位量子计算机研究员，那么量子汇编代码或许刚好能满足您的需要。同样的，如果传统计算机只有一些优秀的汇编代码编写工具，那么它不可能如此成功。如果我们拥有的只是优秀的汇编代码编写工具，就不会有人能戴着 iWatch，特别是像我的朋友 Henry Charles Edwards 这样的人。
现在我想挑战一下 – 所以我问自己：我能否将一个现实问题与实际的量子计算环境联系起来并解决该问题？  能否像传统计算机一样，使用量子计算机执行一些更实际的任务，而不像素数因子分解那么遥不可及？
让我们进入猜球游戏主题老实讲，我不会演示如何使用量子计算机写小说，甚至如何使用它实时破解 SSL 密码，或者执行任何这类复杂任务，但我很喜欢解密游戏。
像纽约这样的大城市的街道上，经常能看见类似的典型骗局，我构想的猜球游戏是一种非常简单的捉迷藏形式。游戏操作者将一个球藏在一个盒子下，然后快速重新排列盒子，让玩家猜可以在哪个盒子下找到球。当然，骗子会使用戏法、错误指引和其他卑鄙伎俩来欺骗玩家。
在我创建的版本中，我希望游戏保持简单、公正和直接。用户选择他们希望将球藏在哪个盒子下，然后我们将使用一个量子计算程序来推断他们选择了哪个盒子。
Henry Charles Edwards 可能会说这是个好主意。但是现在该怎么办？量子处理器究竟是如何解决猜球游戏的？

Grover 算法和振幅放大技巧实际上，给定一组盒子，我们会逐个翻开它们，直到找到球。  因此，在计算机领域，我们玩的猜球游戏不过是一种非结构化搜索，在此过程中，会应用布尔运算来搜索一个集合中的 N 个元素。
非结构化搜索是量子计算稍微加把力就能解决的问题之一，需要涉及放大概率波振幅的技巧和一个称为 Grover 算法的巧妙算法。  IBM 的研究人员很好地解释了 Grover 算法如何解决非结构化搜索，所以这里不再重复赘述这个非常复杂的主题，仅给出了他们的 。
然后，编写一些代码，解决一些令人头疼的难题，并经历几次错误尝试，瞧！我们确实可以使用 IBM Q 和 Grover 算法创建一个非常简单的猜球游戏。  如果您对涉及的某些细节感兴趣，可以。  还可以。
宽敞的循环大道Henry Charles Edwards 戳戳我的胸部，喃喃自语：

Bussoftlhee, mememormee! Till thousendsthee.Lps.The keys to.Given! A way a lone a last a loved a long the

我们又回到了文章开头的话题。  Henry Charles Edwards 现在已经喝了五六杯，但他仍记得量子计算的事情。
他像动画中的布袋木偶一样挥舞着未拿杯子的手臂说道，“Kevin”。“祝你和你的计算机好运。  我期待着它们有天能做出优美的诗句。”然后，他转过身，被桌腿绊了一下，将酒杯伸过我们高中毕业班的一位啦啦队长。“对不起，对不起”，他向所有人叫喊着，然后走向门口，他酒醉后的步态让我想到在人类硬件上实现用于搜索大量地貌特征的某种数学技术。但这是另一个想法。
我知道我短时间内做不到使用 IBM Q 平台解决天气预报问题，但我相信比我更聪明的人能做到。这一领域有一些真正的天才 – 他们齐心协力提出复杂的想法，并努力创建下一代计算平台。  许多天才都在 IBM……努力确保我可以玩我的猜球游戏，或许某天创作出我自己的诗句。