量子算命,在线掷筊 —— IBM 量子云计算机使用入门

背景

自古以来算命离不开随机现象。古代人使用龟壳的裂纹来进行占卜,但出于动物保护主义,现代社会使用裂纹之类的自然混沌来预测变得不人道。现代算命会使用洗牌等手段产生随机数,但这样的随机很多时候可以得到人为控制,无法真正体现神明的意思。

作者在此提出一个方法,利用量子力学现象进行随机数的发生。我们对于一个量子位(qubit),使其通过一个阿达马门(Hadamard gate)。这个门可以将 $$|0\rangle $$ 转换成 $$\frac{ |0\rangle + |1\rangle } {\sqrt{2}} $$,即进行状态叠加。当我们此时测量这一量子的状态,那么其波函数会发生突变,变为其中一个本征态。且在我们所设计的量子电路中,观察到 0 和 1 的概率应该都是 50%。如果我们今天对量子力学的认识是正确的,那么随机性应该是量子物理的内禀性质,所以我们在邀请真正的上帝来为我们掷骰子,能真正表达量子神明的意愿。

实现

我们采用 IBM 的量子云计算机 IBM Q 进行实现。IBM 提供了丰富好用的量子程序开发的 SDK,并且可以在设计调试完成后,交给线上真正的云量子计算机进行运算,让你足不出户,不需要亲自前往土地庙,也可以听到神明的解答。

我们以「掷筊」为例,

掷筊是一种道教与民间信仰中问卜的仪式;又称掷筶、掷杯、博杯,普遍流传于华人民间传统社会。「筊杯」是一种占卜工具,是世俗之人所用以与神明指示的工具。

我们同时观测两个处于叠加态的量子。若它们都是 0,那么就是「阴筊」;如果都是 1,那么就是「笑筊」;如果两个状态相反,那么则是「圣筊」。具体的量子电路如下:

Poe Circuit

使用 Qiskit 实现起来非常便利:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
# Setup Dependencies
from qiskit import *

# Setup Poe Dictionaty
POES = ['陰筊', '聖筊', '聖筊', '笑筊']

# Setup Quantum Circuit
circ = QuantumCircuit(2)
for i in range(2):
circ.h(i)
circ.measure_all()

# Use Simulator for Testing
backend = Aer.get_backend('qasm_simulator')

# Execute the Result
job = execute(circ, backend, shots=1)
result = job.result().get_counts(circ)

# Convert results
converted = int(list(result.keys())[0], 2)
print(POES[converted])

我们只需要每进行一次这个量子电路的执行,就可以得到一次上天的掷筊结果。在模拟器测试成功后,我们就可以将后端换成真正的 IBM 云量子计算机进行掷筊。(完整样例程序参考这里

未来工作

我们使用了这一技术更有效的让神明为我们解答问题,对于人类社会具有重大意义。再也不需要等妈祖来托梦,人类可以主动去探寻神明的秘密。但是这一方案目前仍存在不足。

例如如果我们基于易经进行六爻占卜(程序),一共需要 64 个经典态,即需要 6 个量子。但 6 个量子的量子芯片目前仍十分稀有。但由于我们的占卜过程不需要产生任何纠缠态,只需要 H 门这一种量子门,在此我们提出可以针对这一市场需求设计并行的单量子芯片,从而让量子计算走入千家万户。