Pengurutan bit dalam Qiskit SDK

Versi paket

Kode di halaman ini dikembangkan menggunakan persyaratan berikut. Kami merekomendasikan menggunakan versi ini atau yang lebih baru.

qiskit[all]~=2.6.1

Jika kamu punya sekumpulan $n$ bit (atau qubit), biasanya setiap bit diberi label $0 \rightarrow n-1$. Berbagai perangkat lunak dan referensi harus memilih cara pengurutan bit-bit ini, baik di memori komputer maupun saat ditampilkan di layar.

Konvensi Qiskit

Berikut cara Qiskit SDK mengatur urutan bit dalam berbagai skenario.

Primitives

Secara default, Qiskit mengikuti konvensi urutan bit little-endian. Namun, default untuk BitArray adalah big (endian), yang menyebabkan beberapa perbedaan pada output primitif, tergantung apakah primitif tersebut mengubah pengaturan ini. Misalnya, primitif Sampler dan Estimator dari IBM® Quantum Compute Service mengembalikan hasil big-endian, tetapi Executor mengembalikan hasil little-endian.

Quantum Circuit

Kelas QuantumCircuit menyimpan qubit-nya dalam sebuah daftar (QuantumCircuit.qubits). Indeks suatu qubit dalam daftar 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>

Diagram Circuit

Pada diagram Circuit, qubit $0$ berada di posisi paling atas, dan qubit $n-1$ di posisi paling bawah. Kamu bisa mengubah ini dengan argumen reverse_bits pada QuantumCircuit.draw (lihat Mengubah urutan di Qiskit).

qc.x(1)
qc.draw()

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

Integer

Saat menginterpretasikan bit sebagai angka, bit $0$ adalah bit paling tidak signifikan, dan bit $n-1$ adalah yang paling signifikan. Ini memudahkan saat menulis kode karena setiap bit memiliki nilai $2^\text{label}$ (label adalah indeks qubit dalam QuantumCircuit.qubits). Misalnya, eksekusi Circuit berikut menghasilkan bit $0$ bernilai 0, dan bit $1$ bernilai 1. Ini diinterpretasikan sebagai bilangan bulat desimal 2 (diukur dengan probabilitas 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}

String

Saat menampilkan atau menginterpretasikan daftar bit (atau qubit) sebagai string, bit $n-1$ adalah bit paling kiri, dan bit $0$ adalah bit paling kanan. Ini karena kita biasanya menulis angka dengan digit paling signifikan di sebelah kiri, dan dalam Qiskit, bit $n-1$ diinterpretasikan sebagai bit paling signifikan.

Misalnya, sel berikut mendefinisikan Statevector dari string keadaan qubit tunggal. Dalam hal 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 kadang menimbulkan kebingungan saat menginterpretasikan string bit, karena kamu mungkin mengira bit paling kiri adalah bit $0$, padahal biasanya itu merepresentasikan bit $n-1$.

Matriks Statevector

Saat merepresentasikan statevector sebagai daftar bilangan kompleks (amplitudo), Qiskit mengurutkan amplitudo-amplitudo tersebut sehingga amplitudo pada indeks $x$ merepresentasikan keadaan basis komputasi $|x\rangle$.

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

(0.7071067811865475+0j)
0j

Gate

Setiap Gate dalam Qiskit dapat menginterpretasikan daftar qubit dengan caranya sendiri, tetapi Gate terkontrol biasanya mengikuti konvensi (control, target).

Misalnya, sel berikut menambahkan Gate controlled-X di mana qubit $0$ adalah control dan qubit $1$ adalah target.

from qiskit import QuantumCircuit

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

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

Mengikuti semua konvensi yang telah disebutkan dalam Qiskit, Gate CX ini melakukan transformasi $|01\rangle \leftrightarrow |11\rangle$, sehingga memiliki matriks berikut.

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

Mengubah urutan di Qiskit

Untuk menggambar Circuit dengan qubit dalam urutan terbalik (yaitu, qubit $0$ di bagian bawah), gunakan argumen reverse_bits. Ini hanya mempengaruhi diagram yang dihasilkan dan tidak mempengaruhi Circuit itu sendiri; Gate X tetap bekerja pada qubit $0$.

from qiskit import QuantumCircuit

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

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

Kamu bisa menggunakan metode reverse_bits untuk mengembalikan Circuit baru dengan label qubit yang dibalik (ini tidak mengubah Circuit asli).

qc.reverse_bits().draw()

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

Perlu diingat bahwa dalam Circuit baru ini, Gate X bekerja pada qubit $1$.

Langkah selanjutnya

Rekomendasi

• Lihat contoh penggunaan Circuit dalam tutorial Algoritma Grover.
• Jelajahi referensi QuantumCircuit API.