令人着迷的量子计算

初中阶段，我参加了很多STEM、数学建模、科技论文比赛，对科学产生了浓厚的兴趣。最初申报英才计划时，我希望可以延续之前一直在做的事情，让自己的科学素养与视野提升到一个新的高度。非常荣幸，我成功加入了英才计划，跟随杨超导师学习量子计算。一开始，我对量子计算的认识是很浅薄的，脑子里一方面是“量子速读”这样的噱头，另一方面是九章量子计算机这样的国之重器。但是，当时导师介绍的一个内容让我特别感兴趣，那就是在IBM的平台上可以做形象化的composer编程，非常像谱曲，由于我个人很喜欢弹钢琴，当即就对量子计算产生了感性上的好感。

随后，我就开始了具体的学习，渐渐看到了量子计算的广阔领域。线性代数是量子计算的运行规则，Python是量子计算的表达语言，量子力学是它独特的根本原理。其中，最主要的就是量子纠缠、量子叠加和量子干涉3个内容，量子纠缠可以使不同的量子位发生关系，量子叠加是量子计算具有超大计算能力的原因，而量子干涉赋予了量子计算噪声等特点。在了解这些知识后，我对这个领域开始有了实际的感受，像是隐隐窥见了洋面下的冰山，其理论之深厚、未来应用之广阔，远远超出了我的想象，这一发现让我非常震撼，觉得自己正在从事一项伟大的事业。

星光不负赶路人

到了6月，很多同学的课题都已经有了雏形，但我的课题还有点摸不着边，心里非常焦灼。所幸每每翻看到前期所做的笔记，总能感觉得到自己的成长与蜕变，心也随之安定下来。在这样的期盼中，我终于定下了研究课题——Grover算法。7月，导师就Grover算法和我进行了一次线上交流，讲授了其定性的原理：Grover是一个搜索性算法，可以从很多情况中大海捞针，找出我们需要的解。首先，s是所有解的均匀叠加态，x是所求解。然后，反复使用Oracle矩阵与Diffucer矩阵，使s翻转。最后，重复k次后，s会非常接近目标解。

但是，对于Oracle矩阵是什么，Diffucer矩阵是什么，还是不清楚，因此，我计划在8月消化一下相关知识，并制订了关于定性定量分析的学习计划，没想到竟然有些消化不良。到了9月，我告诉自己不能再这样下去了，因为我非常想拥有一个属于自己的量子程序，于是我奋起直追，利用各种平台进行学习。那段时间，我总是打扰我的导师，去B站看一些解读，去编程网站学习，尝试过VS code的Q语言（但是不太兼容），也与学校的责任教师沟通过，向信息技术教师了解过经典算法，向英语教师请教过数学内容翻译相关的问题。

终于，量变促成了质变。我迎来了与导师的第二次线上交流，交流中导师讲述了Grover的定量分析，一下子整个人都通透了。其实，之前曾怀疑过自己的努力到底有没有用处，因为自学并没有帮助我弄明白整个程序，但是在第二次交流会上，我惊喜地发现自己竟然很容易地听懂了导师的讲述，明白了Oracle矩阵与Diffucer矩阵的代数本质。星光不负赶路人，就这样，我绘制出了自己的量子电路图。

宋子儒

2021级英才计划数学学科学员

就读于北京市北京中学，师从北京大学杨超老师。在英才计划培养期间完成“Grover量子算法在升降舞台还原中的应用”课题，先后参加第四届世界顶尖科学家论坛与科学T大会，获得2021年国际交流冬令营终评资格，在2021小院士比赛中获得一等奖。