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:可视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,布洛赫球是广泛使用的用于显示量子状态的可视化,它利用角度来表示量子振幅。然而,它不能支持量子纠缠和叠加这两个量子计算的重要特性的可视化。为了解决这个问题,我们提出了VENUS,一种新的量子状态表示可视化方法。通过根据量子计算特性的数学基础显式相关联2D几何形状,VENUS有效地表示单量子比特和两个量子比特的量子幅度,以实现量子纠缠。此外,我们使用多个协调的半圆,自然编码概率分布,使量子叠加直观易分析。我们进行了两个精心设计的案例研究和一次深入的专家访谈,以评估VENUS的有用性和有效性。结果显示,VENUS可以有效地促进单个量子比特和两个量子比特的量子状态的探索。

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