用 Python 中的 IBM Qiskit 构建一个简单的量子电路
原文:https://www . geesforgeks . org/build-a-simple-quantum-circuit-use-IBM-qiskit-in-python/
Qiskit 是量子计算的开源框架。它提供了创建和操作量子程序的工具，并在 IBM Q Experience 上的原型量子设备或本地计算机上的模拟器上运行这些程序。让我们看看如何创建简单的量子电路，并在真正的量子计算机上进行测试，或者在我们的计算机上进行本地模拟。Python 是理解量子程序的必要前提，因为奇斯基本身就是使用 Python 开发的。
进入主题之前，首先也是最重要的部分是安装齐斯基特和Python。水Python安装步骤指南请参考以下文章。
装置
要安装 qiskit，请遵循以下步骤:
- 打开Python提示并键入
pip install qiskit
- 就这样，这将安装所有必要的软件包。
- 接下来，打开 Jupyter 笔记本。
- 使用以下命令导入 qiskit。
import qiskit
进入 IBM 量子系统:
- 创建一个免费的 IBM 量子体验账号。
- 导航至我的账户。
- 点击复制令牌将令牌复制到剪贴板(令牌代表访问 IBM Quantum 设备的 API)。
- 运行以下命令(Jupyter Notebook)将您的 API 令牌存储在本地，以便以后在名为 qiskitrc 的配置文件中使用。将 MY_API_TOKEN 替换为 API token。
from qiskit import IBMQ
IBMQ.save_account('MY_API_TOKEN')
入门指南
首先，我们将进口必要的包装。导入行导入程序所需的基本元素(包和函数)。
代码示例中使用的导入包括:
- 量子电路: 保存你所有的量子操作；量子系统的指令
- 执行 :运行你的电路
- Aer :处理模拟器后端
- qiskit . visualization:启用数据可视化，如plot _ 直方图
初始化变量
在下一行代码中，你初始化了两个处于零状态的量子比特，和两个处于零状态的经典比特，在量子电路中称为 电路。T3】
添加闸门
接下来的三行代码，从 电路 开始。，在你的电路中加入操纵量子位的门。
详解
- quantum circuit . h(0):量子位上的哈达玛门 0 ，使其进入叠加状态**
- QuantumCircuit.cx(0，1 ):对控制量子位【0】和目标量子位 1 的受控非操作()
- quantum Circuit . measure(【0，1】，【0，1】):第一个参数索引量子位，第二个参数索引经典位。第 n 个量子比特的测量结果将存储在第 n 个经典比特中。
这三个特殊的门一个接一个地加入电路，形成了贝尔态
在这种状态下，有 50%的机会发现两个量子位都为零，有 50%的机会发现两个量子位都为一。
模拟实验
下一行代码调用一个特定的模拟器框架——在这种情况下，它调用 Qiskit Aer，这是一个高性能模拟器，提供几个后端来实现不同的模拟目标。在本程序中，我们将使用 qasm_simulator 。该电路的每次运行将产生位串【00】或【11】。程序在 execute 方法的 shots 参数中指定运行电路的次数( job = execute(电路，模拟器，shots=1000) )。模拟的拍摄次数设置为 1000 (默认为 1024 )。一旦有了 结果 对象，就可以通过get _ counts(circuit)方法访问计数。这就给了你实验的总体结果。输出位串大约有 50%的时间是【00】。这个模拟器不模拟噪音。任何偏离 50%的情况都是由于样本量小。
可视化电路
quantum circuit . draw()(代码中由 circuit.draw() 调用)以教科书和研究文章中使用的各种样式之一显示您的电路。在可视化命令后获得的电路中，量子位是有序的，量子位 0 在顶部，量子位 1 在底部。电路从左到右读取，代表时间的流逝。
可视化结果
Qiskit 提供多种可视化，包括功能plot _ 直方图 ，查看你的结果。
plot_histogram(counts)
观察|00 的概率(相对频率)？和|11？状态的计算方法是取相应的计数，除以拍摄的总次数。
下面是实现。
Python 3
# python program to create a simple Quantum circuit
%matplotlib inline
from qiskit import QuantumCircuit, execute, Aer, IBMQ
from qiskit.compiler import transpile, assemble
from qiskit.tools.jupyter import *
from qiskit.visualization import *
# Loading your IBM Q account(s)
provider = IBMQ.load_account()
# Create a Quantum Circuit acting
# on the q register
circuit = QuantumCircuit(2, 2)
# Add a H gate on qubit 0
circuit.h(0)
# Add a CX (CNOT) gate on control
# qubit 0 and target qubit 1
circuit.cx(0, 1)
# Map the quantum measurement to the
# classical bits
circuit.measure([0,1], [0,1])
# Use Aer's qasm_simulator
simulator = Aer.get_backend('qasm_simulator')
# Execute the circuit on the qasm
# simulator
job = execute(circuit, simulator, shots=1000)
# Grab results from the job
result = job.result()
# Return counts
counts = result.get_counts(circuit)
print("\nTotal count for 00 and 11 are:",counts)
# Draw the circuit
circuit.draw()
输出:
绘制直方图
Python 3
# Plot a histogram
plot_histogram(counts)
输出:
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