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qiskit

Python

Qiskit 1.3.0

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奇斯基特

Qiskit是一个开源 SDK，用于在扩展量子电路、运算符和基元级别上使用量子计算机。

该库是 Qiskit 的核心组件，其中包含用于创建和使用量子电路、量子运算符和原始函数（采样器和估计器）的构建块。它还包含一个支持优化量子电路的转译器，以及一个用于创建高级算子的量子信息工具箱。

有关如何使用 Qiskit 的更多详细信息，请参阅此处的文档：

https://docs.quantum.ibm.com/

安装

警告

请勿尝试将现有 Qiskit 0.* 环境就地升级到 Qiskit 1.0。阅读更多。

我们鼓励通过pip安装 Qiskit ：

pip install qiskit

Pip 将自动处理所有依赖项，您将始终安装最新（且经过充分测试）的版本。

要从源安装，请按照文档中的说明进行操作。

在 Qiskit 中创建您的第一个量子程序

现在 Qiskit 已安装，是时候开始使用 Qiskit 了。量子程序的基本部分是：

定义并构建代表量子态的量子电路
通过测量或一组可观察的算子定义经典输出
根据输出，使用原语函数sampler对结果进行采样，或使用estimator来估计值。

使用QuantumCircuit类创建一个示例量子电路：

 import numpy as np
from qiskit import QuantumCircuit

# 1. A quantum circuit for preparing the quantum state |000> + i |111>
qc_example = QuantumCircuit ( 3 )
qc_example . h ( 0 )          # generate superpostion
qc_example . p ( np . pi / 2 , 0 )  # add quantum phase
qc_example . cx ( 0 , 1 )       # 0th-qubit-Controlled-NOT gate on 1st qubit
qc_example . cx ( 0 , 2 )       # 0th-qubit-Controlled-NOT gate on 2nd qubit

这个简单的例子将纠缠态称为 GHZ 态 $(|000rangle + i|111rangle)/sqrt{2}$ 。它使用标准量子门：Hadamard 门 ( h )、相位门 ( p ) 和 CNOT 门 ( cx )。

制作完第一个量子电路后，请选择要使用的原始函数。从sampler开始，我们使用measure_all(inplace=False)来获取测量所有量子位的电路的副本：

Counts: {result[0].data["meas"].get_counts()}")">

 # 2. Add the classical output in the form of measurement of all qubits
qc_measured = qc_example . measure_all ( inplace = False )

# 3. Execute using the Sampler primitive
from qiskit . primitives import StatevectorSampler
sampler = StatevectorSampler ()
job = sampler . run ([ qc_measured ], shots = 1000 )
result = job . result ()
print ( f" > Counts: { result [ 0 ]. data [ "meas" ]. get_counts () } " )

运行此命令将得到类似于{'000': 497, '111': 503}的结果，根据统计波动，50% 的时间为000 % 的时间为111 。为了说明 Estimator 的强大功能，我们现在使用量子信息工具箱来创建算子 $XXY+XYX+YXX-YYY$并将其与我们的量子电路一起传递给run()函数。请注意，估算器需要一个没有测量的电路，因此我们使用之前创建的qc_example电路。

Expectation values: {result[0].data.evs}")">

 # 2. Define the observable to be measured 
from qiskit . quantum_info import SparsePauliOp
operator = SparsePauliOp . from_list ([( "XXY" , 1 ), ( "XYX" , 1 ), ( "YXX" , 1 ), ( "YYY" , - 1 )])

# 3. Execute using the Estimator primitive
from qiskit . primitives import StatevectorEstimator
estimator = StatevectorEstimator ()
job = estimator . run ([( qc_example , operator )], precision = 1e-3 )
result = job . result ()
print ( f" > Expectation values: { result [ 0 ]. data . evs } " )

运行此命令将得到结果4 。为了好玩，尝试为每个单量子位运算符 X 和 Y 分配 +/- 1 的值，看看是否可以实现此结果。（剧透警告：这是不可能的！）

使用 Qiskit 提供的qiskit.primitives.StatevectorSampler和qiskit.primitives.StatevectorEstimator不会让您走得太远。量子计算的力量无法在经典计算机上模拟，您需要使用真正的量子硬件来扩展到更大的量子电路。然而，在硬件上运行量子电路需要重写量子硬件的基础门和连接性。执行此操作的工具是转译器，Qiskit 包含用于综合、优化、映射和调度的转译器通道。但是，它还包含一个默认编译器，在大多数示例中都运行良好。以下代码将示例电路映射到basis_gates = ['cz', 'sx', 'rz']和量子位的线性链 $0 右箭头 1 右箭头 2$与coupling_map =[[0, 1], [1, 2]] 。

 from qiskit import transpile
qc_transpiled = transpile ( qc_example , basis_gates = [ 'cz' , 'sx' , 'rz' ], coupling_map = [[ 0 , 1 ], [ 1 , 2 ]] , optimization_level = 3 )

在真正的量子硬件上执行代码

Qiskit 提供了一个抽象层，允许用户在任何提供兼容接口的供应商的硬件上运行量子电路。使用 Qiskit 的最佳方法是使用运行时环境，该环境为给定的硬件平台提供sampler和estimator的优化实现。该运行时可能涉及使用预处理和后处理，例如带有错误抑制、错误缓解以及最终内置错误校正的优化转译器通道。运行时实现qiskit.primitives.BaseSamplerV2和qiskit.primitives.BaseEstimatorV2接口。例如，一些提供运行时原语实现的包是：

https://github.com/Qiskit/qiskit-ibm-runtime

Qiskit 还提供了一个较低级别的抽象接口来描述量子后端。该接口位于qiskit.providers中，定义了一个抽象BackendV2类，提供商可以实现该类来向 Qiskit 表示其硬件或模拟器。后端类包括用于在后端执行电路的公共接口；然而，在此接口中，每个提供商可以执行不同类型的预处理和后处理，并返回供应商定义的结果。与真实硬件交互的已发布提供程序包的一些示例包括：

https://github.com/qiskit-community/qiskit-ionq
https://github.com/qiskit-community/qiskit-aqt-provider
https://github.com/qiskit-community/qiskit-braket-provider
https://github.com/qiskit-community/qiskit-quantinuum-provider
https://github.com/rigetti/qiskit-rigetti

您可以参阅这些软件包的文档，以获取有关如何访问和使用这些系统的进一步说明。

贡献指南

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