试验态制备与量子纠缠
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试验态制备
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试验态制备，指的是量子计算中任意算法的初始量子态的构造，是量子计算的初始步骤。

以单比特的两态空间为例，在实际量子运算中，我们可以直接得到的默认量子态是基态 :math:`\left|0\right\rangle`，\
通过非门可以间接得到基态 :math:`\left|1\right\rangle`。

对于任给的目标叠加量子态，我们则需要构造相应的量子门组合来得到。从基态 :math:`\left|0\right\rangle` 出\
发制备任给目标叠加态的过程称为初态制备。

最大叠加态
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以二比特态空间为例，从 :math:`\left|0\right\rangle^{\otimes2}` 出发，对每个量子比特进行Hadamard门操作\
可以得到二比特空间中所有基态的均匀叠加。

类似地，在任意维态空间中，均可以借助Hadamard门从多维的 :math:`\left|0\right\rangle` 基态出发，得到所有基态均匀线性组合的量子态。

这种量子态称为最大叠加态，很多量子计算中量子比特的初始状态要求为最大叠加态，量子计算的并行性也有赖于此。


通过试验态制备，我们就可以得到任意的基础量子态，从而完成量子计算中运算对象的构造。\
但是在执行运算操作之前，我们需要对量子计算所使用的量子比特给出明确的约束——纠缠关联。

在介绍量子纠缠之前，我们需要介绍一下纯态和混态。

纯态与混态的区分方式有多种，典型的有布洛赫球（Bloch Sphere），将态空间与Bloch球关联，球面上量子态为纯态，球体内的量子态为混态。

另一种重要的区分方式为密度矩阵，混态的密度矩阵的平方的迹小于1。

量子纠缠
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如果一个量子系统的量子态 :math:`\left|\psi\right\rangle` 可以表示成形如 :math:`\left|\psi\right\rangle=\left|\psi_0\
\right\rangle\otimes\left|\psi_1\right\rangle` 的两个量子系统的直积形式，我们就将此量子态称为直积态。

.. note:: 不能进行这种直积分解的量子态就是纠缠态。

例如对二比特的Bell态 :math:`\frac{1}{\sqrt2}\left|00\right\rangle+\frac{1}{\sqrt2}\left|11\right\rangle`，它不能写成\
两个单比特量子态的直积形式。

量子纠缠态有超越经典关联的量子关联。为了发挥量子计算的并行性和高效性，量子计算使用的量子比特之间应当有着纠缠关联。


最大叠加态制备
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下面是基于QPanda-2.0的最大叠加态制备的代码实现，调用的量子比特之间有着纠缠关联。


.. code-block:: c

    #include "QPanda.h"
    USING_QPANDA

    int main(void)
    {
        auto qvm = CPUQVM();
        qvm.init();
        QVec qvec = qvm.qAllocMany(3);

        // 制备最大叠加态
        auto prog = QProg();
        prog << applySingleGateToAll("H", qvec);

        // 以概率方法输出结果量子态的理论值（并非测量）
        auto result = qvm.probRunDict(prog, qvec);

        // 输出结果
        for (auto& aiter : result)
        {
            cout << aiter.first << " : " << aiter.second << endl;
        }

        return 0;
    }

运行结果应当是以均匀概率1/8得到3比特空间中所有量子态：

.. code-block:: c

    000 : 0.125
    001 : 0.125
    010 : 0.125
    011 : 0.125
    100 : 0.125
    101 : 0.125
    110 : 0.125
    111 : 0.125