1.4　什么是程序？

在本书中我们经常会发现，以重新审视类似的经典概念的方式来解释一个量子概念是有用的。具体来说，让我们回头看看什么是经典程序。

定义 “程序”是一连串的指令，它可以被经典计算机解释为执行一项预期的任务。税单、驾驶指南、菜谱和Python脚本都是程序的例子。

我们可以编写经典程序来分解各种不同的任务，以便由各种不同的计算机来解释。一些程序的例子见图1.4。

我们来看一个简单的“Hello, world!”程序在Python中会是怎样的：

>>> def hello():
...     print("Hello, world!")
...
>>> hello()
Hello, world!

最基本的是，这个程序可以认为是给Python“解释器”的一连串指令，然后依次执行每条指令来实现某种效果——本例中是向屏幕打印一条信息。也就是说，这个程序是对一个任务的“描述”，然后由Python“解释”，接下来由CPU解释，以完成我们的目标。这种描述和解释之间的相互作用促使我们把Python、C和其他类似的编程工具称为“语言”，强调编程是我们与计算机的交流方式。

在使用Python打印“Hello, world!”的例子中，可以认为，我们是在与Python语言的创始设计师Guido van Rossum沟通。然后，Guido代表我们与我们正在使用的操作系统的设计者沟通。这些设计者又代表我们与英特尔、AMD、ARM或任何我们正在使用的CPU的设计公司沟通，等等。

什么是量子程序？

与经典程序一样，量子程序由指令序列组成，这些指令被经典计算机解释为执行一项特定的任务。然而不同之处在于，在量子程序中，我们想完成的任务包括让量子系统执行一项计算。

因此，经典程序和量子程序中使用的指令也有所不同。一个经典程序可能会将“从互联网加载一些猫的图片”这种任务描述为网络栈的指令，并最终由类似“mov（移动）”的汇编指令描述。相比之下，像Q#这样的量子语言允许程序员用M（测量）这样的指令来表达量子任务。当量子硬件运行时，这些程序可以指示数字信号处理器将微波、激光或其他种类的电磁波送入量子设备，并放大从该设备传出的信号。

在本书，我们将看到许多说明量子程序所面临的要解决的（或至少是关注的）任务种类，以及可以使量子编程更容易的经典工具实例。例如，图1.5显示了一个在Visual Studio Code（一个经典的集成开发环境）中编写量子程序的示例。

我们将逐章建立起编写量子程序所需的概念，图1.6展示了其路线图。在第2章中，我们将学习构成量子计算机的基本构件，并用它们来编写我们的第一个量子程序，从而拉开学习的序幕。