Visualizations have played a crucial role in helping quantum computing users explore quantum states in various quantum computing applications. Among them, Bloch Sphere is the widely-used visualization for showing quantum states, which leverages angles to represent quantum amplitudes. However, it cannot support the visualization of quantum entanglement and superposition, the two essential properties of quantum computing. To address this issue, we propose VENUS, a novel visualization for quantum state representation. By explicitly correlating 2D geometric shapes based on the math foundation of quantum computing characteristics, VENUS effectively represents quantum amplitudes of both the single qubit and two qubits for quantum entanglement. Also, we use multiple coordinated semicircles to naturally encode probability distribution, making the quantum superposition intuitive to analyze. We conducted two well-designed case studies and an in-depth expert interview to evaluate the usefulness and effectiveness of VENUS. The result shows that VENUS can effectively facilitate the exploration of quantum states for the single qubit and two qubits.


翻译:可见化在帮助量子计算用户探索各种量子计算应用中的量子状态方面发挥了至关重要的作用。 其中,Bloch Sphere是广泛使用的显示量子状态的可视化,它利用角度来代表量子振幅。 但是,它不能支持量子计算的两个基本特性即量子缠绕和叠加的可视化。为了解决这个问题,我们建议VENUS,这是量子状态代表的一种新颖的可视化。通过根据量子计算特性的数学基础将2D几何形状明确联系起来,VENUS有效地代表了单<unk> 和量子缠绕的量子的量子振幅。此外,我们使用多个协调的半圆形来自然编码概率分布,使量子叠加位置不适宜于分析。我们进行了两个精心设计的案例研究和一个深入的专家访谈,以评价VENUS的有用性和有效性。结果显示,VENUS能够有效地促进单<unk> 和两<unk> 的量子状态的探索。</s>

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