量子计算不再被锁在价值数百万美元的研究实验室设备背后。如今，你可以在一台真正的 127 量子比特机器上编写并运行量子电路——完全免费——就在你的笔记本电脑上。本指南将带你了解当下可用的每一个选项。
你真正需要的东西
要开始上手，你只需要三样东西：
- 在你的机器上安装 Python 3.9+
- 在某个量子云平台上注册一个免费账户（IBM Quantum 是最简单的）
- 五分钟时间来运行你的第一个贝尔态
就这么多。不需要 GPU，不需要特殊硬件，不需要信用卡。
你的第一个量子电路
安装 Qiskit 及其模拟器：
pip install qiskit qiskit-aer
现在创建一个贝尔态——这个典型的双量子比特电路展示了叠加和纠缠：
from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit_aer import AerSimulator
# Build the circuit
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0) # Hadamard — puts qubit 0 into superposition
qc.cx(0, 1) # CNOT — entangles qubit 1 with qubit 0
qc.measure_all()
# Run locally on a simulator
result = AerSimulator().run(qc, shots=1000).result()
print(result.get_counts())
# {'00': 503, '11': 497}
输出结果——00 和 11 的计数大致相等，从不出现 01 或 10——正是纠缠的标志。测量其中一个量子比特，你就能立即知道另一个的状态，无论它们之间相距多远。
免费模拟器：无需账户
所有主流 SDK 都内置了强大的本地模拟器，可在你的 CPU 或 GPU 上运行，无需注册：
pip install qiskit qiskit-aer # IBM Qiskit + Aer simulator
pip install cirq # Google Cirq
pip install pennylane # PennyLane
每一个都能轻松处理 20–30 量子比特的电路。对于大型电路或 GPU 加速，NVIDIA CUDA-Q 可以在单块 GPU 上模拟 34 个以上的量子比特。详细比较请参阅完整的模拟器指南。
免费的真实硬件：IBM Quantum
IBM Quantum 为任何拥有 IBM ID 的人提供对真实量子处理器的完全免费访问：
- 访问 quantum.ibm.com 并创建一个免费账户
- 从账户设置中复制你的 API 令牌
- 用你的令牌配置 Qiskit：
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
QiskitRuntimeService.save_account(
channel="ibm_quantum",
token="YOUR_TOKEN_HERE"
)
- 向 IBM 的任意免费公共 QPU 提交作业
公共系统的排队时间通常从几分钟到几小时不等。你是在与全世界的研究人员和学生共享运行时间——这是唯一的门槛。
选择你的第一个 SDK
| SDK | 最适合 | 免费层级 |
|---|---|---|
| IBM Qiskit | 通用用途、真实硬件 | 完整——本地 + 真实 QPU |
| PennyLane | 量子机器学习、梯度 | 完整——本地模拟器 |
| Google Cirq | NISQ 研究 | 完整——本地模拟器 |
| Amazon Braket | AWS 集成 | 免费本地模拟，云端付费 |
| NVIDIA CUDA-Q | GPU 加速 | 完整——本地 GPU |
对于大多数初学者来说，Qiskit 是最佳起点——它拥有最大的社区、最丰富的文档，以及对真实 IBM 硬件的直接访问。
接下来构建什么
一旦你的贝尔态运行成功，下面是一系列值得尝试的有趣电路，循序渐进：
- GHZ 态——一个 3 量子比特的纠缠态（
h(0).cx(0,1).cx(0,2)） - 量子隐形传态——利用纠缠和经典通信传输一个量子比特的状态
- Grover 搜索——以比暴力搜索快二次方的速度在列表中找到被标记的项
- VQE——用变分算法估计分子基态能量
💡 提示： 如果你打算在多个 SDK 之间做实验，而又不想每次都重写电路，HLQuantum 提供了一个统一的 API，只需一个后端标志，就能在 Qiskit、Cirq、PennyLane、Braket、CUDA-Q 或 IonQ 上运行同一个电路。