Utilitas addon Qiskit

Versi paket

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

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

Paket utilitas addon Qiskit adalah kumpulan fungsionalitas untuk melengkapi workflow yang melibatkan satu atau lebih addon Qiskit. Misalnya, paket ini berisi fungsi-fungsi untuk membuat Hamiltonian, menghasilkan Circuit evolusi waktu Trotter, serta memotong dan menggabungkan Circuit kuantum.

Instalasi

Ada dua cara untuk menginstal utilitas addon Qiskit: dari PyPI dan membangun dari sumber. Disarankan untuk menginstal paket-paket ini di virtual environment agar dependensi paket tetap terpisah.

Instal dari PyPI

Cara paling mudah untuk menginstal paket utilitas addon Qiskit adalah melalui PyPI.

pip install 'qiskit-addon-utils'

Instal dari sumber

Klik di sini untuk membaca cara menginstal paket ini secara manual.

Jika kamu ingin berkontribusi pada paket ini atau ingin menginstalnya secara manual, clone dulu repositorinya:

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

lalu instal paket melalui pip. Jika kamu berencana menjalankan tutorial yang ada di repositori paket, instal juga dependensi notebook-nya. Jika kamu berencana untuk mengembangkan di repositori tersebut, instal dependensi dev.

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

Mulai menggunakan utilitas

Ada beberapa modul dalam paket qiskit-addon-utils, termasuk satu untuk pembuatan masalah dalam simulasi sistem kuantum, pewarnaan graf untuk penempatan Gate yang lebih efisien dalam Circuit kuantum, dan pemotongan Circuit, yang dapat membantu dengan propagasi balik operator. Bagian-bagian berikut merangkum setiap modul. Dokumentasi API paket ini juga berisi informasi yang berguna.

Pembuatan masalah

Isi dari modul qiskit_addon_utils.problem_generators meliputi:

Fungsi generate_xyz_hamiltonian(), yang menghasilkan representasi SparsePauliOp yang sadar konektivitas dari model XYZ tipe 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 membangun Circuit yang memodelkan evolusi waktu dari operator yang diberikan.
Tiga objek PauliOrderStrategy berbeda untuk menghitung antara berbagai urutan string Pauli. Ini sangat berguna saat digunakan bersama pewarnaan graf dan bisa dipakai sebagai argumen di fungsi generate_xyz_hamiltonian() maupun generate_time_evolution_circuit().

Pewarnaan graf

Modul qiskit_addon_utils.coloring digunakan untuk mewarnai tepi-tepi dalam coupling map dan menggunakan pewarnaan ini untuk menempatkan Gate dalam Circuit kuantum secara lebih efisien. Tujuan dari coupling map tepi-berwarna ini adalah untuk menemukan sekumpulan warna tepi sehingga tidak ada dua tepi dengan warna yang sama yang berbagi node yang sama. Untuk QPU, ini berarti Gate di sepanjang tepi dengan warna yang sama (koneksi Qubit) bisa dijalankan secara bersamaan sehingga Circuit akan dieksekusi lebih cepat.

Sebagai contoh singkat, kamu bisa menggunakan fungsi auto_color_edges() untuk menghasilkan pewarnaan tepi bagi Circuit naif yang mengeksekusi CZGate di setiap koneksi Qubit. Cuplikan kode di bawah ini menggunakan coupling map Backend FakeSherbrooke, membuat Circuit naif ini, lalu menggunakan fungsi auto_color_edges() untuk membuat Circuit ekivalen yang lebih efisien.

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

Pemotongan

Terakhir, modul qiskit-addon-utils.slicing berisi fungsi-fungsi dan pass Transpiler untuk bekerja dengan pembuatan "irisan" Circuit, partisi mirip-waktu dari QuantumCircuit yang mencakup semua Qubit. Irisan-irisan ini terutama digunakan untuk propagasi balik operator. Empat cara utama sebuah Circuit bisa dipotong adalah berdasarkan jenis Gate, kedalaman, pewarnaan, atau instruksi Barrier. Output dari fungsi-fungsi pemotongan ini menghasilkan daftar objek QuantumCircuit. Circuit yang sudah dipotong juga bisa digabungkan kembali menggunakan fungsi combine_slices(). Baca referensi API modul ini untuk informasi lebih lanjut.

Di bawah ini adalah beberapa contoh cara membuat irisan-irisan ini 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)