Utiliti tambahan Qiskit

Versi pakej

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

qiskit[all]~=2.3.0
qiskit-ibm-runtime~=0.43.1
qiskit-addon-utils~=0.3.0

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q numpy qiskit qiskit-addon-utils qiskit-ibm-runtime

Pakej utiliti tambahan Qiskit ialah koleksi fungsi untuk melengkapi aliran kerja yang melibatkan satu atau lebih tambahan Qiskit. Sebagai contoh, pakej ini mengandungi fungsi untuk mencipta Hamiltonian, menjana Circuit evolusi masa Trotter, serta memotong dan menggabungkan Circuit kuantum.

Pemasangan

Terdapat dua cara untuk memasang utiliti tambahan Qiskit: PyPI dan membina daripada sumber. Adalah disyorkan untuk memasang pakej-pakej ini dalam persekitaran maya bagi memastikan pengasingan antara kebergantungan pakej.

Pasang daripada PyPI

Cara paling mudah untuk memasang pakej utiliti tambahan Qiskit ialah melalui PyPI.

pip install 'qiskit-addon-utils'

Pasang daripada sumber

Klik di sini untuk membaca cara memasang pakej ini secara manual.

Jika anda ingin menyumbang kepada pakej ini atau mahu memasangnya secara manual, mula-mula klon repositori:

git clone git@github.com:Qiskit/qiskit-addon-utils.git

dan pasang pakej melalui pip. Jika anda merancang untuk menjalankan tutorial yang terdapat dalam repositori pakej, pasang juga kebergantungan notebook. Jika anda merancang untuk membuat pembangunan dalam repositori, pasang kebergantungan dev.

pip install tox jupyterlab -e '.[notebook-dependencies,dev]'

Mulakan dengan utiliti

Terdapat beberapa modul dalam pakej qiskit-addon-utils, termasuk satu untuk penjanaan masalah bagi mensimulasikan sistem kuantum, pewarnaan graf untuk meletakkan Gate dalam Circuit kuantum dengan lebih cekap, dan penghirisan Circuit, yang boleh membantu dengan penyebaran balik pengendali. Bahagian berikut merumuskan setiap modul. Dokumentasi API pakej ini juga mengandungi maklumat yang berguna.

Penjanaan masalah

Kandungan modul qiskit_addon_utils.problem_generators merangkumi:

Fungsi generate_xyz_hamiltonian(), yang menjana perwakilan SparsePauliOp yang peka kepada sambungan bagi model XYZ jenis Ising:

$H = \sum_{(j,k)\in E} \left(J_x X_jX_k + J_yY_jY_k + J_zZ_jZ_k\right) + \sum_{j\in V} \left(h_x X_j + h_y Y_j + h_z Z_j\right)$

Fungsi generate_time_evolution_circuit(), yang membina Circuit yang memodelkan evolusi masa bagi pengendali yang diberikan.
Tiga objek PauliOrderStrategy yang berbeza untuk menghitung antara pelbagai susunan rentetan Pauli. Ini amat berguna apabila digunakan bersama pewarnaan graf dan boleh digunakan sebagai argumen dalam kedua-dua fungsi generate_xyz_hamiltonian() dan generate_time_evolution_circuit().

Pewarnaan graf

Modul qiskit_addon_utils.coloring digunakan untuk mewarnai tepi dalam peta gandingan dan menggunakan pewarnaan ini untuk meletakkan Gate dalam Circuit kuantum dengan lebih cekap. Tujuan peta gandingan berwarna-tepi ini adalah untuk mencari satu set warna tepi supaya tiada dua tepi dengan warna yang sama berkongsi nod yang sama. Bagi QPU, ini bermakna Gate di sepanjang tepi berwarna sama (sambungan Qubit) boleh dijalankan serentak dan Circuit akan dilaksanakan dengan lebih pantas.

Sebagai contoh ringkas, anda boleh menggunakan fungsi auto_color_edges() untuk menjana pewarnaan tepi bagi Circuit naif yang melaksanakan CZGate di sepanjang setiap sambungan Qubit. Petikan kod di bawah menggunakan peta gandingan Backend FakeSherbrooke, mencipta Circuit naif ini, kemudian menggunakan fungsi auto_color_edges() untuk mencipta Circuit setara yang lebih cekap.

from qiskit_ibm_runtime.fake_provider import FakeSherbrooke
from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit_addon_utils.coloring import auto_color_edges
from qiskit_addon_utils.slicing import combine_slices, slice_by_depth
from collections import defaultdict

backend = FakeSherbrooke()
coupling_map = backend.coupling_map

# Create naive circuit
circuit = QuantumCircuit(backend.num_qubits)
for edge in coupling_map.graph.edge_list():
    circuit.cz(edge[0], edge[1])

# Color the edges of the coupling map
coloring = auto_color_edges(coupling_map)
circuit_with_coloring = QuantumCircuit(backend.num_qubits)

# Make a reverse coloring dict in order to make the circuit
color_to_edge = defaultdict(list)
for edge, color in coloring.items():
    color_to_edge[color].append(edge)

# Place edges in order of color
for edges in color_to_edge.values():
    for edge in edges:
        circuit_with_coloring.cz(edge[0], edge[1])

print(f"The circuit without using edge coloring has depth: {circuit.depth()}")
print(
    f"The circuit using edge coloring has depth: {circuit_with_coloring.depth()}"
)

The circuit without using edge coloring has depth: 37
The circuit using edge coloring has depth: 3

Penghirisan

Akhir sekali, modul qiskit-addon-utils.slicing mengandungi fungsi dan laluan Transpiler untuk bekerja dengan penciptaan "hirisan" Circuit, partisi seperti masa bagi QuantumCircuit yang merentangi semua Qubit. Hirisan ini digunakan terutamanya untuk penyebaran balik pengendali. Empat cara utama sebuah Circuit boleh dihiris adalah mengikut jenis Gate, kedalaman, pewarnaan, atau arahan Barrier. Output fungsi penghirisan ini mengembalikan senarai objek QuantumCircuit. Circuit yang dihiris juga boleh digabungkan semula menggunakan fungsi combine_slices(). Baca rujukan API modul untuk maklumat lanjut.

Berikut adalah beberapa contoh cara mencipta hirisan menggunakan Circuit berikut:

import numpy as np
from qiskit import QuantumCircuit

num_qubits = 9
qc = QuantumCircuit(num_qubits)
qc.ry(np.pi / 4, range(num_qubits))
qubits_1 = [i for i in range(num_qubits) if i % 2 == 0]
qubits_2 = [i for i in range(num_qubits) if i % 2 == 1]
qc.cx(qubits_1[:-1], qubits_2)
qc.cx(qubits_2, qubits_1[1:])
qc.cx(qubits_1[-1], qubits_1[0])
qc.rx(np.pi / 4, range(num_qubits))
qc.rz(np.pi / 4, range(num_qubits))
qc.draw("mpl", scale=0.6)