几年前第一次接触到量子力学，就被量子世界的奇幻和诡异深深吸引。虽然它看上去和我们精确度量的科学世界那么格格不入，甚至连伟大的爱因斯坦都为其困扰终生，但是它却用实践一遍遍告诉我们“我才是真理，我才是物质本质”。
我们目前正在以前所未有的加速度驶向未来，量子计算机作为注定在未来世界大展拳脚的黑科技，已经离我们越来越近，2018年1月IBM重磅发布了基于python的量子计算API，让研究者和我这样的好奇体验者有机会实战下基于量子计算机的编程，在动手编程前，让我们先一起通过IBM Q体验下量子比特世界。
量子比特（qubit）是一种由两个能量级组成的量子系统，通过 |0⟩和|1⟩表达。这两个符号设计的真是非常传神，你是否感受到了它们就像在亚原子世界不断震动的微观粒子？其中 |0⟩态通常被称作ground态（不知道翻译成中文准确的表达），因为它是两个能量级中更低的一个。 |0⟩和|1⟩一起，组成“标准基向量”。就像数学中的向量一样，它们指向一个方向，并拥有大小。定义基向量是从线性代数借鉴的非常有用的技巧。基本思想是一旦定义了这些向量，就可以从基向量的各种线性组合中构造出其它向量。
除此之外，量子比特也有“相位”的概念，它的结果来自叠加态可能相当复杂的事实。为了表达叠加态，可以采用状态|0⟩和|1⟩的线性组合的方式，即：a|0⟩+b|1⟩。两种状态的比重由系数a和b决定。系数a和b可能是正数，负数甚至复数。如果采用a和b绝对值的平方，我们就获得了分别测得0或1结果的可能。
基准状态|0⟩和|1⟩以及它们的线性组合a|0⟩ + b|1⟩描述了单个量子比特的状态。但是由于系数a和b不仅可以为实数，也可能是虚数或复数，可视化一个量子比特需要一种特殊的工具叫做布洛赫球面（Bloch sphere）。
在量子机制中，布洛赫球面是一种对两个能级量子力学系统（qubit）中纯态空间的几何表达，这个名字以已故自旋物理与核磁共振专家Felix Bloch的姓氏命名。费利克斯·布洛赫（德語：Felix Bloch，1905年10月23日－1983年9月10日），瑞士物理学家，1952年诺贝尔物理学奖获得者。
布洛赫球面通过半径和半径指向球面的点来表达量子比特的状态。 就像地球使用经纬度描述地表的点一样，布洛赫球面也可以使用角度描述量子比特的状态。这种表达允许任意量子态，包括那些复数系数的量子态都可以以点的形式表现在布洛赫球面上。布洛赫球面的点依赖于X,Y,Z轴，相应的表达如下图：
图中橘色的线表达了量子态，|0⟩和|1⟩分别位于球体的两级。当量子比特处于|0⟩和|1⟩的叠加态时，向量会指向球体两级之间的某点（例如图中 θ角在0（垂直向上）-180度（垂直向下）之间，这个值也可以用π 弧度表达。注意，在弧度中，1/4是指 π /2)。
布洛赫球面中还有基于球体的另外一个自由度：围绕Z轴旋转，可以通过角ϕ描述。当ϕ非零时，指示了量子比特相位的改变。布洛赫球面仅仅描述了单量子比特的表达。使用这种图的目的是为了假设布洛赫向量的长度等于布洛赫球面的半径。
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