這篇文章在我的GitHub上還有一個英文版，歡迎指正。

Q#是微軟開發的專門執行量子演算法的程式語言，需要用C#驅動。這篇文章是基於微軟的Q#Document完成的，我在執行微軟給的demo過程中遇到了一些問題，寫這篇文章記錄一下的的解決過程，和用到的一些知識。

1 檢查CPU是否支援AVX指令

Q#語言的模擬器應用了AVX指令集，如果你的CPU不支援AVX，運算效果會打折扣。

可以通過下載CPU-Z這個軟體檢視自己的CPU是否支援AVX，如下圖所示:

2 安裝Visual Studio，配置環境

Q#需要安裝的是Visual Studio 2017，在官網下載後安裝即可。需要注意的是，安裝前一定要確保選上了Universal Windows Platform development 和 .NET desktop development。

裝好Visual Studio之後，還需要安裝一個Q#的開發工具包，在連結中下載，雙擊安裝即可。

3 新建你的第一個Q#程式(Step1 2 3 4)

在Visual Studio 2017中file-new-project，然後選擇Q# Application。

這時候會得到一個qs和一個cs檔案。qs是Q#檔案，cs是用來驅動Q#的C#檔案。

按照微軟給的step1到step4做，會得到兩個檔案的完整程式碼分別如下:

Bell.qs:

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

    operation Set (desired: Result, q1: Qubit) : ()
    {
        body
        {
            let current = M(q1);            // The 'let' keyword binds mutable variables
            if (desired != current)
            {
              X(q1); // NOT gate
            }
        }
    }

    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);
        }
    }
}
 

Driver.cs:

using Microsoft.Quantum.Simulation.Core;
using Microsoft.Quantum.Simulation.Simulators;
namespace Quantum.Bell
{
    class Driver
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            using (var sim = new QuantumSimulator()) // sim is the Q# quantum similator
            {
                // Try initial values
                Result[] initials = new Result[] { Result.Zero, Result.One };
                foreach (Result initial in initials)
                {
                    var res = BellTest.Run(sim, 1000, initial).Result;  // Run is the method to run the quantum simulation
                    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();
        }
    }
}
 

但是我們在編譯的時候可能會出現問題(the name XX does not exist in the current context unity)，即使這些程式碼只是一點copy/paste的工作。我覺得這是因為整個project中的references可能有問題:

我的建議是在我的GitHub上下載整個工程，然後只對qs和cs兩個檔案做修改。

此時執行正確的結果是:

這個結果的意思是當最初的值設為Zero時，最終數一下0的個數為1000，1的個數是0，同理初始值為1時。

這個程式是數|0>和|1>的個數。此時沒有創造疊加狀態，|0>有百分之百的可能性是|0>，|1>有百分之百的可能性是|1>。

4 創造疊加狀態

4.1 X門

在qs檔案的第27和29行之間加入這樣一行:

X(qubits[0]);

他在quantum computing裡的作用相當於一個非門。所以我們得到的結果是:

4.2 H門

在qs檔案的第27和29行之間加入這樣一行:

H(qubits[0]); // Create superpositions

它是一個Hadamard門，一個重要作用就是創造疊加態，

這時整個qs檔案變成了:

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

    operation Set (desired: Result, q1: Qubit) : ()
    {
        body
        {
            let current = M(q1);            // The 'let' keyword binds mutable variables
            if (desired != current)
            {
              X(q1); // NOT gate
            }
        }
    }

    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]);
			  H(qubits[0]); // Create superpositions
              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);
        }
    }
}

執行結果為:

每次執行的結果會有出入，但差別不大。這是因為經過H門之後，|0>有0.5的可能性是|0>，0.5的可能性是|1>; |1>有0.5的可能性是|0>，0.5的可能性是|1>。