在Q#量子开发工具包中，出现“已释放的量子比特不处于零状态”的错误。

Question

当运行以下简单的量子程序以将Hadamard门应用于单个量子比特时：

operation ApplyHadamard():()
{
    body
    {
        using (qubits  = Qubit[1])
        {
            H(qubits[0]);
        }
    }
}

我遇到了以下错误：

Microsoft.Quantum.Simulation.Simulators.Exceptions.ReleasedQubitsAreNotInZeroState: '已释放的量子比特不在零状态。'

我正在使用微软的教程，但其中没有提到需要其他任何东西来使这样的程序工作。

我很感激Q＃仍处于发布模式，但如果有人找到解决方案，那将是太棒了。

- Hugo Nava Kopp

Answer 1

文档中稍后的几个部分，Working with Qubits，有这些信息。

目标机器期望在解除分配之前 qubit 立即处于 |0⟩ 状态，以便可以重新使用并提供给其他 using 块进行分配。

考虑在量子计算机上运行程序：qubit 的数量非常有限，您希望在程序的其他部分中重用释放的 qubit。如果此时它们不是零状态，它们可能仍与尚未释放的 qubit 相互纠缠，因此您对它们执行的操作可能会影响程序其他部分的状态。

当 qubit 超出其 using 块的作用域时自动将其重置为零状态也是危险的：如果它们与其他 qubit 相互纠缠，则测量它们以重置它们可能会影响未释放 qubit 的状态，从而改变程序的结果 - 开发人员可能没有注意到这一点。

要求 qubit 在释放之前应处于零状态，旨在提醒开发人员再次检查是否已正确提取了所有必要的信息，并且它们不再与未释放的 qubit 相互纠缠。

请注意，在释放 qubit 之前使用 Reset 或 ResetAll 不是硬性要求。例如，在 Deutsch-Jozsa 算法中，算法的最后一步是测量除最后一个 qubit 外的所有 qubit。这意味着对于其中每个 qubit，您已经知道它们的状态是 |0⟩ 或 |1⟩，并且可以对处于 |1⟩ 状态的 qubit 应用 X 门将其转换为 |0⟩，而无需调用 Reset 再次测量它们。最后一个 qubit 已知处于 |-⟩ 状态，您可以通过应用 H 和 X 门将其转换为 |0⟩。

- Mariia Mykhailova

Answer 2

我在这里找到了解决方案。 结果证明，我需要通过调用Reset(qubits[0])来释放量子比特。 根据文档，Reset()执行以下操作：

给定一个单量子比特，对其进行测量并确保其处于|0⟩状态，以便可以安全地释放

因此，在量子操作完成之前，所有使用的量子比特都需要处于|0>状态。

- Hugo Nava Kopp

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这里有一个使用Reset的示例：https://github.com/Microsoft/Quantum/blob/b0ec52d5ad6c19da8de480689c69963e660643c3/Samples/Teleportation/TeleportationSample.qs#L64，以及如何使用ResetAll：https://github.com/Microsoft/Quantum/blob/b0ec52d5ad6c19da8de480689c69963e660643c3/Samples/Teleportation/TeleportationSample.qs#L108 - Daan

令人困扰的是，这里有一个using块，通常意味着该对象将自动清理。然而，在Q#中，它并没有完成其工作。 - Hakanai