快速开始：安装与第一个量子电路¶

本章带你从零完成一次端到端体验：安装 UnifiedQuantum → 构建 Bell 态电路 → 查看它的 OriginIR 表示 → 本地模拟得到测量统计 → 通过统一的执行入口在 dummy 后端上跑一遍。走完这一页，你的环境就完全可用了。

理论背景（Bell 态为什么测量结果只有 00 和 11）见量子计算算法教程·量子计算基础。本页示例基于 unified-quantum 0.1.0（PyPI 最新版），所有输出均为实际运行结果。

本课知识点

安装与环境验证——能安装 unified-quantum 并用一条命令验证 uniqc 可以导入、版本正确。
用 Circuit 构建量子线路——能用 Circuit 的链式 API 写出 H 门 + CNOT + 测量，制备 Bell 态。
OriginIR 线路表示——能读懂一段 OriginIR（QINIT/CREG/门/MEASURE 各行的含义），并知道它是UnifiedQuantum 各后端交换线路的通用格式。
本地模拟与测量统计——能用 Simulator.simulate_shots 本地模拟线路，解释计数结果与理论概率的对应与涨落。
统一执行入口与 dummy 后端——能用 submit_task + wait_for_result 在 dummy:local:simulator 后端执行线路，并读懂 UnifiedResult 的各字段。

1. 安装与环境验证¶

推荐在虚拟环境中安装：

python3 -m venv .venv && source .venv/bin/activate
pip install unified-quantum

验证安装（也是全书约定：示例代码都可以直接复制运行）：

import uniqc
print(uniqc.__version__)

0.1.0

UnifiedQuantum 的 Python 模块名是 uniqc（包名与模块名不同，这是常见布局）。此外它还提供 uniqc 命令行工具，安装后即可用 uniqc --help 查看——命令行用法见第 5 章，本页先用 Python API。

2. 第一个电路：制备 Bell 态¶

我们构建教科书里最经典的纠缠态线路：对 q[0] 加 H 门制造叠加，再用 CNOT 把纠缠"复制"到 q[1]，最后测量两个比特。

from uniqc import Circuit

circuit = Circuit()
circuit.h(0)          # 对量子比特 0 施加 Hadamard 门
circuit.cnot(0, 1)    # 以比特 0 为控制、比特 1 为目标的 CNOT
circuit.measure(0, 1) # 测量比特 0 与 1，分别写入经典寄存器

三行对应三个动作：单比特门 → 双比特门 → 测量。Circuit() 不需要预先声明比特数，首次用到某个比特时自动扩展寄存器；measure(0, 1) 的参数是要测量的量子比特编号，结果依次写入经典比特。

3. OriginIR：线路的通用表示¶

.originir 属性把线路导出为 OriginIR 文本——这是 UnifiedQuantum 连接多平台后端的通用交换格式：

print(circuit.originir)

QINIT 2
CREG 2
H q[0]
CNOT q[0], q[1]
MEASURE q[0], c[0]
MEASURE q[1], c[1]

逐行读：QINIT 2 声明 2 个量子比特、CREG 2 声明 2 个经典比特；H q[0] 与 CNOT q[0], q[1] 是两行门操作；MEASURE q[i], c[i] 把测量结果写入经典寄存器。除了用 API 构建，你也可以直接用任何能产出 OriginIR（或 OpenQASM 2.0）的工具生成线路文本再交给 UnifiedQuantum 执行——这就是"任意方式构建线路、统一入口执行"的设计。

4. 本地模拟：测量统计¶

Simulator 在本地对线路做态矢量模拟，simulate_shots 按 shots 次测量采样并统计计数：

from uniqc.simulator import Simulator

sim = Simulator()
counts = sim.simulate_shots(circuit.originir, shots=1024)
print(counts)

{0: 497, 3: 527}

结果只有两个键：0（二进制 00）和 3（二进制 11），各约占一半——这正是 Bell 态 \(|\Phi^+\rangle = \frac{1}{\sqrt 2}(|00\rangle + |11\rangle)\) 的理论预测：测得 00 与 11 的概率各为 \(1/2\)，01、10 概率为 0。计数不会精确等于 512/512，1024 次采样下几百的涨落是正常的统计涨落（标准差约 \(\sqrt{1024 \times 0.25} = 16\) 次）。注意本地 simulate_shots 返回的键是十进制整数。

5. 统一执行入口：submit_task 与 dummy 后端¶

真实工作流中我们不直接调用模拟器，而是把线路提交给某个后端。submit_task 是统一入口：同一份代码，把 backend 换成任何支持的平台（本地 dummy、OriginQ 真机、天衍等）即可，这正是"Unified"的含义。

from uniqc import submit_task, wait_for_result

task_id = submit_task(circuit, backend="dummy:local:simulator", shots=1024)
result = wait_for_result(task_id)
print(result)

UnifiedResult(counts={'00': 512, '11': 512}, probabilities={'00': 0.5, '11': 0.5}, shots=1024, platform='dummy', task_id='uqt_8bb8e454c2eb4eab8df387e4af9a087a', backend_name='dummy:local:simulator', execution_time=None, error_message=None)

UnifiedResult 把各平台的结果归一成统一结构，常用字段：

counts：各测量结果的计数（这里键是二进制串 '00'/'11'）；
probabilities：归一化概率；
shots、platform、backend_name、task_id：执行元信息。

dummy:local:simulator 是无约束、无噪声的本地虚拟后端，适合教学与调试。dummy 家族还有带拓扑约束与含噪声的成员，第 3 章展开。

下一步¶

想系统学习量子计算理论（为什么 Bell 态是这样的测量分布），去量子计算算法教程
想掌握更多线路构建手段（参数化门、QASM 互导），继续第 2 章：线路构建

练习题¶

练习 1【安装与环境验证】（→ 第 1 节）

在全新的虚拟环境中安装 unified-quantum，运行 import uniqc; print(uniqc.__version__) 并确认输出版本号。
运行 uniqc --help，列出它提供的子命令（后续章节会逐一用到）。

练习 2【用 Circuit 构建量子线路】（→ 第 2 节）

把本章电路中的 cnot(0, 1) 改成 cnot(1, 0)（控制与目标互换），先笔算新线路的测量分布，再用模拟验证你的预测。
构建一个三比特线路：h(0)、cnot(0,1)、cnot(0,2)，写出它的 OriginIR 并预测测量结果只可能出现哪几个串。

提示：三比特线路制备的是 GHZ 态 \(\frac{1}{\sqrt2}(|000\rangle+|111\rangle)\)。

练习 3【OriginIR 线路表示】（→ 第 3 节）

解释 OriginIR 中 QINIT、CREG、MEASURE q[0], c[0] 各自的作用。
手写一段两比特的 OriginIR：先对两个比特各加一个 H 门再测量，然后用 Simulator().simulate_shots(...) 执行它，验证四个结果各占约 1/4。

练习 4【本地模拟与测量统计】（→ 第 4 节）

把 shots 从 1024 改成 100 再改成 10000，观察 00 与 11 计数偏离 50/50 的程度如何变化，并用二项分布标准差 \(\sqrt{Np(1-p)}\) 解释。
对 Bell 态线路把 h(0) 换成 x(0)（Pauli-X 门），先预测测量结果再运行验证。

练习 5【统一执行入口与 dummy 后端】（→ 第 5 节）

用 submit_task 在 dummy:local:simulator 上执行 GHZ 线路，打印 UnifiedResult 并指出 counts 与 probabilities 的关系。
对比 Simulator().simulate_shots 与 wait_for_result(...) 返回的计数键格式（整数 vs 二进制串），解释为什么统一入口要规定键格式。

提示：统一格式让同一份后处理代码可以不加修改地跑在所有平台上。