Quirk 量子电路模拟器：开发者指南

Quirk：一款基于浏览器的量子电路模拟器，助你轻松入门量子计算

Quirk 是一款用于实时模拟量子电路的网页工具。由谷歌的 Craig Gidney 开发，旨在快速原型设计和可视化量子操作。该模拟器每 0.1 秒自动更新电路状态，无需手动触发，与纯 JavaScript 相比，实验速度提升高达 100 倍。

适合中级和高级开发者学习量子计算：测试假设、调试最多 16 个量子比特的小型电路、无需安装软件即可演示算法。

界面与导航

主菜单包括文档、视频、源代码和示例电路。工作区分为多个面板：

• 顶部：基础门、探针、显示器。
• 底部：高级门、算术运算。
• 中央区域：拖放门操作。

量子比特左侧是状态指示器（|0⟩、|1⟩、|+⟩、|-⟩、|i⟩、|-i⟩）。将门拖出区域外即可删除。URL 编码电路以便保存。

颜色编码：

• 白色：静态门。
• 黄色：动画门（实时旋转）。
• 灰色：多量子比特门。
• 绿色/蓝色：显示器（Amps 显示复振幅）。

悬停在元素上可显示其矩阵和旋转轴。

门与元素组

探针与显示器

探针在不改变状态的情况下提取信息，适用于调试。显示器显示电路中任意点的振幅和概率。

旋转与基础操作

• 半转操作：X/Y/Z 旋转 180°、H（叠加态）、Swap。
• 四分之一转操作：√X/√Y/√Z（90°）、S（√Z）。
• 八分之一转操作：T（45°）、分数根操作。

旋转操作：连续旋转，角度通过拖拽设置。

公式化操作：使用 t、x、y 等变量的公式（例如 sin(t)）。

参数化操作：使用变量 A 表示角度，依赖于输入。

高级组

• 采样操作：概率性测量，无分支，点击时重新计算。
• 奇偶性操作：控制一组量子比特的奇偶性。
• X/Y 探针：在 X/Y 基下进行测量。
• 顺序操作：反转量子比特顺序以进行算术运算。
• 频率操作：量子傅里叶变换（QFT）、用于相位调谐的梯度。

其他包括量子寄存器上的算术运算（加法、乘法）。

内置电路示例

Quirk 包含关键算法的演示电路：

• Grover 搜索算法：以 O(√N) 复杂度搜索，迭代增加概率。
• Shor 周期查找算法：周期 B^r ≡ 1 mod R，量子傅里叶变换后出现峰值。
• 贝尔不等式测试：通过纠缠违反局域实在论。
• 量子隐形传态：通过纠缠传输状态。
• 超密编码：在 1 个量子比特加一对纠缠态中编码 2 个经典比特。
• 延迟选择擦除器：事后路径擦除，通过选择产生干涉。

| 电路 | 关键效果 | 量子比特数 |

|------|----------|------------|

| Grover | 概率增长 | 3-5 |

| Shor | 在 1/r 处出现峰值 | 8+ |

| Bell | 相关性超越经典极限 | 4 |

| Teleport | 无需复制的传输 | 3 |

| Superdense | 100% 解码 | 2 |

| Eraser | 事后干涉 | 4 |

限制与应用

最多支持 16 个量子比特——适用于原型设计，而非生产环境。不支持通过 UI 自定义门、探测器统计或移动端优化。隐藏门可通过 URL 访问。

对开发者的优势：

• 无需注册，即时响应。
• 实时状态可视化。
• 开源（Apache 2.0 许可证）。

理想用于直观理解：叠加态、纠缠、量子傅里叶变换，无需编写代码。

关键要点

• 实时模拟（0.1 秒/帧）加速迭代。
• 显示器显示电路内部状态，而不仅仅是输出。
• 支持公式/参数以实现动态门操作。
• 内置关键算法示例（Grover、Shor）。
• 16 量子比特限制——专注于学习，而非扩展。

— Editorial Team