Susunan bit dalam Qiskit SDK

Package versions

Kod dalam halaman ini dibangunkan menggunakan keperluan berikut. Kami mengesyorkan penggunaan versi ini atau yang lebih baharu.

qiskit[all]~=2.5.2

Jika anda mempunyai set $n$ bit (atau qubit), anda biasanya akan melabel setiap bit $0 \rightarrow n-1$. Perisian dan sumber yang berbeza perlu memilih cara menyusun bit ini dalam memori komputer dan semasa dipaparkan pada skrin.

Konvensyen Qiskit

Berikut ialah cara Qiskit SDK menyusun bit dalam senario berbeza.

Primitif

Secara lalai, Qiskit mengikut konvensyen susunan bit little-endian. Walau bagaimanapun, lalai bagi BitArray ialah big (endian), yang menyebabkan beberapa perbezaan pada output primitif, bergantung pada sama ada primitif itu mengubah tetapan ini. Contohnya, primitif Sampler dan Estimator IBM® Quantum Compute Service memulangkan hasil big-endian, tetapi Executor memulangkan hasil little-endian.

Circuit Quantum

Kelas QuantumCircuit menyimpan qubitnya dalam senarai (QuantumCircuit.qubits). Indeks sesebuah qubit dalam senarai ini menentukan label qubit tersebut.

# Added by doQumentation — installs the packages this notebook needs if they are missing
import importlib.util

_needed = {"qiskit": "qiskit"}
_missing = [pip for module, pip in _needed.items()
            if importlib.util.find_spec(module) is None]
# One at a time, so a package that fails to install does not block the others
for _pip in _missing:
    %pip install -q {_pip}
if not _missing:
    print("\u2713 All required packages are installed")

from qiskit import QuantumCircuit, QuantumRegister
from qiskit.circuit import Qubit

qc = QuantumCircuit(2)
qc.qubits[0]  # qubit "0"

Qubit(QuantumRegister(2, "q"), 0)

<Qubit register=(2, "q"), index=0>

Gambar rajah Circuit

Dalam gambar rajah Circuit, qubit $0$ ialah qubit paling atas, dan qubit $n-1$ ialah qubit paling bawah. Anda boleh mengubah ini dengan argumen reverse_bits pada QuantumCircuit.draw (lihat Ubah susunan dalam Qiskit).

qc.x(1)
qc.draw()

q_0: ─────
     ┌───┐
q_1: ┤ X ├
     └───┘

Integer

Apabila mentafsir bit sebagai nombor, bit $0$ ialah bit paling kurang bererti, dan bit $n-1$ adalah yang paling bererti. Ini memudahkan pengekodan kerana setiap bit mempunyai nilai $2^\text{label}$ (label ialah indeks qubit dalam QuantumCircuit.qubits). Sebagai contoh, pelaksanaan Circuit berikut berakhir dengan bit $0$ bernilai 0, dan bit $1$ bernilai 1. Ini ditafsirkan sebagai integer perpuluhan 2 (diukur dengan kebarangkalian 1.0).

from qiskit.primitives import StatevectorSampler as Sampler

qc.measure_all()

job = Sampler().run([qc])
result = job.result()
print(f" > Counts: {result[0].data.meas.get_counts()}")

> Counts: {'10': 1024}

Rentetan

Apabila memaparkan atau mentafsir senarai bit (atau qubit) sebagai rentetan, bit $n-1$ ialah bit paling kiri, dan bit $0$ ialah bit paling kanan. Ini kerana kita biasanya menulis nombor dengan digit paling bererti di sebelah kiri, dan dalam Qiskit, bit $n-1$ ditafsirkan sebagai bit paling bererti.

Sebagai contoh, sel berikut mentakrifkan Statevector daripada rentetan keadaan qubit tunggal. Dalam kes ini, qubit $0$ berada dalam keadaan $|+\rangle$, dan qubit $1$ dalam keadaan $|0\rangle$.

from qiskit.quantum_info import Statevector

sv = Statevector.from_label("0+")
sv.probabilities_dict()

{np.str_('00'): np.float64(0.4999999999999999),
 np.str_('01'): np.float64(0.4999999999999999)}

Ini kadangkala menimbulkan kekeliruan semasa mentafsir rentetan bit, kerana anda mungkin menjangka bit paling kiri sebagai bit $0$, sedangkan ia biasanya mewakili bit $n-1$.

Matriks Statevector

Apabila mewakili statevector sebagai senarai nombor kompleks (amplitud), Qiskit menyusun amplitud ini supaya amplitud pada indeks $x$ mewakili keadaan asas pengkomputeran $|x\rangle$.

print(sv[1])  # amplitude of state |01>
print(sv[2])  # amplitude of state |10>

(0.7071067811865475+0j)
0j

gate

Setiap Gate dalam Qiskit boleh mentafsir senarai Qubit mengikut caranya sendiri, tetapi Gate terkawal biasanya mengikut konvensyen (control, target).

Sebagai contoh, sel berikut menambah gate X terkawal di mana qubit $0$ ialah kawalan dan qubit $1$ ialah sasaran.

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(2)
qc.cx(0, 1)
qc.draw()

q_0: ──■──
     ┌─┴─┐
q_1: ┤ X ├
     └───┘

Mengikuti semua konvensyen Qiskit yang disebutkan sebelum ini, gate CX ini melakukan transformasi $|01\rangle \leftrightarrow |11\rangle$, jadi mempunyai matriks berikut.

$$\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ \end{pmatrix}$$

Ubah susunan dalam Qiskit

Untuk melukis Circuit dengan qubit dalam susunan terbalik (iaitu, qubit $0$ di bawah), gunakan argumen reverse_bits. Ini hanya mempengaruhi gambar rajah yang dijana dan tidak mempengaruhi Circuit; gate X masih bertindak pada qubit $0$.

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(2)
qc.x(0)
qc.draw(reverse_bits=True)

q_1: ─────
     ┌───┐
q_0: ┤ X ├
     └───┘

Anda boleh menggunakan kaedah reverse_bits untuk mengembalikan Circuit baharu dengan label qubit yang diterbalikkan (ini tidak mengubah Circuit asal).

qc.reverse_bits().draw()

q_0: ─────
     ┌───┐
q_1: ┤ X ├
     └───┘

Perhatikan bahawa dalam Circuit baharu ini, gate X bertindak pada qubit $1$.

Langkah seterusnya

Cadangan

• Lihat contoh penggunaan Circuit dalam tutorial Algoritma Grover.
• Terokai rujukan QuantumCircuit API.