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]~=2.3.0

Jika kamu punya sekumpulan $n$ bit (atau qubit), biasanya setiap bit diberi label $0 \rightarrow n-1$. Berbagai perangkat lunak dan sumber daya 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.

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 — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit

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 pengkodean 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 komputasional $|x\rangle$.

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.