环境搭建 · 十分钟跑通第一个量子程序 · 写给程序员的量子计算

装好 Python + Qiskit，写一个把量子比特置于叠加态、测量一千次的「Hello Quantum」，看到大约五五开的结果。这一章带你搭好本专栏全程要用的工具，并读懂一个量子程序的骨架。

环境搭建 · 十分钟跑通第一个量子程序

学任何东西，先让它跑起来。这一章我们装好工具，写出第一个量子程序，看到它真实的输出——之后每一章的概念，都会是「照着敲、看着结果」。

装什么

我们用 Qiskit——IBM 开源的量子计算框架，Python 生态里最主流、文档最全的一个。装它只要一行：

pip install qiskit qiskit-aer

qiskit：核心库，用来搭量子线路（写代码描述「对哪个 qubit 施加什么门」）。
qiskit-aer：高性能模拟器。在你还没有量子计算机的时候（你现在肯定没有），用它在普通电脑上模拟量子程序的运行——这也是学习和调试量子算法最主要的方式。

本专栏以 Qiskit 1.x / 2.x（2024 年后的版本）为准。 Qiskit 1.0 对 API 做过一次大改（比如删掉了老教程里常见的 execute 函数），网上很多旧代码跑不了。如果你照着别处的老代码报错，先 pip show qiskit 看看版本，再对照官方文档。本专栏的代码都用新 API。除了 Qiskit，同类框架还有 Google 的 Cirq、PennyLane、微软的 Q#——学会一个，其余触类旁通，因为它们描述的是同一套量子计算规则。

Hello Quantum

第一个程序，我们让一个量子比特进入「既是 0 又是 1」的叠加态，然后测量它一千次：

from qiskit import QuantumCircuit, transpile
from qiskit_aer import AerSimulator

# 1 个量子比特 + 1 个经典比特(用来存测量结果)
qc = QuantumCircuit(1, 1)
qc.h(0)             # 对 qubit 0 施加 H 门 → 进入叠加态
qc.measure(0, 0)    # 测量 qubit 0,结果存进经典比特 0

# 在模拟器上跑 1000 次
sim = AerSimulator()
result = sim.run(transpile(qc, sim), shots=1000).result()
print(result.get_counts())

跑一下，你会看到类似这样的输出：

{'0': 508, '1': 492}

大约一半 0、一半 1。 这就是量子叠加最直观的样子：测量之前，这个 qubit 既不是确定的 0、也不是确定的 1；每次测量，它以约 50% 的概率给你一个 0 或一个 1。经典的比特绝不会这样——它要么是 0、要么是 1，测一千次结果全一样。

看看这条线路长什么样

Qiskit 能把线路画出来，print(qc.draw()) 得到一张 ASCII 图：

     ┌───┐┌─┐
  q: ┤ H ├┤M├
     └───┘└╥┘
c: 1/══════╩═
           0

从左到右就是时间：qubit q 先过一个 H 门，再被测量(M)，结果落到经典位 c。量子线路(quantum circuit)就是量子程序的「源代码」——一串作用在 qubit 上的操作，从左到右依次执行。之后我们写的每个程序，本质都是在搭这样一条线路。

一个量子程序的骨架

拆开上面的代码，任何量子程序都是这四步：

图表加载中…

建线路：声明要用几个 qubit（和存结果的经典位）。
加门：施加一系列量子门（下一站的主题），把 qubit 变到你要的状态。
测量：把量子状态「读」成经典的 0/1（测量很特殊，后面专门讲）。
运行：交给模拟器（或真机）跑很多次(shots)，因为结果是概率的，要靠多次统计才看得出规律。

注意第 4 步的 shots=1000——为什么要跑一千次？ 因为量子测量的结果是随机的，跑一次只能得到一个 0 或一个 1，看不出「约五五开」这个规律。必须重复很多次、统计频率，才能观察到量子态的概率分布。这是量子编程和经典编程一个根本的体感差异：你运行的不是一次确定的计算，而是一个概率实验，要靠采样去还原它。 测量那章会把这件事讲透。

小结与下一章

工具装好了(qiskit + qiskit-aer)，第一个量子程序也跑通了：一个 H 门造出叠加，测量一千次得到约五五开。你也认识了量子程序的骨架——建线路 → 加门 → 测量 → 采样统计。

但我们还没真正搞懂：那个被 H 门「置于叠加」的量子比特，内部到底是个什么状态？它和经典 bit 的差别，用代码怎么看见？下一章，我们把 qubit 的状态直接打印出来，一探究竟。👉 量子比特：把 qubit 的状态打印出来看。

参考文献

[1] Qiskit 官方文档.「Install Qiskit / Hello world.」https://docs.quantum.ibm.com/guides —— 安装与第一个程序。
[2] Qiskit.「Migrate to Qiskit 1.0.」https://docs.quantum.ibm.com/migration-guides/qiskit-1.0 —— 新旧 API 差异（execute 被移除等）。
[3] Nielsen & Chuang.《Quantum Computation and Quantum Information》—— 量子计算的经典教材（理论深入，可作长期参考）。

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