本文彙整量子電腦基礎知識與 Qiskit 開源框架的學習資料，適合初學者從理論到實作逐步進階。資源以中文為主，涵蓋線上課程、教科書、教程與 GitHub 專案。[[1]][4]

入門資源

  • Qiskit Textbook：IBM 官方線上平台，從量子原理到演算法編程，實作導向，適合所有程度學習者（目前更新中）。[1]
  • 量子電腦線上微課程（台大 QT）：涵蓋量子物理、邏輯閘、疊加態與 IBMQ 實作練習。[5]
  • 做一台量子電腦回家吧（高中自主學習）：介紹量子硬體差異，如超導、離子阱與瓶頸。[7]

Qiskit 教程與筆記

  • Clay 的 Qiskit 學習筆記：從入門、量子電路、視覺化到基礎總結，包含 Jupyter Notebook 範例。[4]
  • weikaiwei Qiskit Part2：設計量子電路步驟（Build, Compile, Run, Analyze），附完整程式碼與 AerSimulator。[2]
  • dr-data Qiskit_tutorial（GitHub）：繁體中文版入門量子資訊科學，包含基本知識連結。[6]
  • Qiskit 實作學習筆記：環境設定指南（Python 3.11+，pip 安裝）。[8]

書籍與進階資料

  • 量子電腦入門：從高中數學解說閘型與退火型量子電腦，聚焦易辛機組合最佳化。[3]
  • 自學資源與路線（HackMD）：量子硬體入門，推薦量子力學教科書，從 NMR 延伸多種硬體。[9]

安裝與開始

  1. 安裝 Qiskit：pip install qiskit（建議虛擬環境）。[8]
  2. 官方文件：quantum.ibm.com 註冊 IBM Quantum Experience 執行真實量子電路。[4]
  3. YouTube 教學：搜尋「Qiskit 基礎實作」觀看安裝與第一個電路影片。[10]

Qiskit 在不同領域的應用整理

Qiskit 作為一個開源的量子計算軟體開發套件（SDK），提供了電路設計、模擬、硬體執行以及特定領域應用的工具，協助開發者解決傳統電腦難以處理的問題。

以下根據來源說明這些領域的具體應用實例：

1. 密碼學與網路安全 (Cryptography and Cybersecurity)

  • 量子金鑰分發（QKD）
    這是此領域最核心的應用之一。
    Qiskit 被用來開發與模擬 QKD 協議，透過量子力學的特性（如不可複製原理）來確保通訊金鑰的安全性，防止資訊在傳輸過程中被竊聽。

2. 金融領域 (Finance)

  • 投資組合優化（Portfolio Optimization）
    開發量子增強型演算法來優化資產配置。
    此類應用通常採用混合古典–量子工作流（Hybrid classical-quantum workflows），利用量子計算的高並行性，在複雜的市場數據中尋找風險最低且收益最高的投資組合方案。

3. 氣候科學與能源 (Climate Science and Energy)

  • 氣候模擬（Climate Simulation）
    利用 Qiskit 模擬複雜的氣候系統。這些系統涉及大量變數與非線性交互，傳統電腦往往難以精準模擬。

  • 能源效率計算
    研究如何提升能源轉換或儲存的效率，這對於應對全球氣候變化與能源轉型至關重要。

4. 圖像與訊號處理 (Image and Signal Processing)

  • 加速任務處理
    量子演算法被用於提升圖像辨識、過濾或訊號解析的速度與精準度。
    Qiskit 提供的量子電路與運算子（Operators）工具，讓研究者能探索如何將傳統圖像數據轉化為量子態進行加速處理。

補充：物理與材料科學應用

除了上述領域，Qiskit 也被用於解決凝聚態物理（Condensed Matter Physics）中的問題。
透過 Qiskit 的擴展電路與 Primitive 函數（如 Estimator），研究者可以模擬物質在量子層級的行為。

應用開發的整體概念（類比說明）

這些應用的開發邏輯可以類比為「模組化建築」：

  • Qiskit 提供
    • 基礎的磚塊：量子電路與運算子
    • 施工工具：轉譯器與 Primitive 函數
  • 不同領域的專家（如密碼學家、金融分析師、氣候科學家）
    就像不同類型的建築師，使用這些標準化的「量子磚塊」來搭建各自領域的特種建築。
  • Qiskit 則負責確保這些建築能穩固地座落在不同廠牌的量子硬體地基之上。