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qiskit

Python

Qiskit 1.3.0

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奇斯基特

Qiskit是一個開源 SDK，用於在擴展量子電路、運算子和基元層級上使用量子電腦。

該函式庫是 Qiskit 的核心元件，其中包含用於建立和使用量子電路、量子運算子和原始函數（取樣器和估計器）的建構塊。它還包含一個支援優化量子電路的轉譯器，以及一個用於創建高級算子的量子資訊工具箱。

有關如何使用 Qiskit 的更多詳細信息，請參閱此處的文檔：

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

安裝

警告

請勿嘗試將現有 Qiskit 0.* 環境就地升級至 Qiskit 1.0。閱讀更多。

我們鼓勵透過pip安裝 Qiskit ：

pip install qiskit

Pip 將自動處理所有依賴項，您將始終安裝最新（且經過充分測試）的版本。

若要從來源安裝，請按照文件中的說明進行操作。

在 Qiskit 中創建您的第一個量子程序

現在 Qiskit 已安裝，是時候開始使用 Qiskit 了。量子程序的基本部分是：

定義並建構代表量子態的量子電路
透過測量或一組可觀察的算符定義經典輸出
根據輸出，使用原語函數sampler對結果進行取樣，或使用estimator來估計值。

使用QuantumCircuit類別建立一個範例量子電路：

 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

這個簡單的例子將糾纏態稱為 GHZ 態 $(|000rangle + i|111rangle)/sqrt{2}$ 。它使用標準量子閘：Hadamard 閘 ( h )、相位閘 ( p ) 和 CNOT 閘 ( cx )。

製作完第一個量子電路後，請選擇要使用的原始函數。從sampler開始，我們使用measure_all(inplace=False)來取得測量所有量子位元的電路的副本：

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 () } " )

執行此指令將會得到類似{'000': 497, '111': 503}的結果，根據統計波動，50% 的時間為000 % 的時間為111 。為了說明 Estimator 的強大功能，我們現在使用量子資訊工具箱來建立算子 $XXY+XYX+YXX-YYY$並將其與我們的量子電路一起傳遞給run()函數。請注意，估算器需要一個沒有測量的電路，因此我們使用先前建立的qc_example電路。

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 } " )

運行此命令將得到結果4 。為了好玩，嘗試為每個單量子位元運算子 X 和 Y 分配 +/- 1 的值，看看是否可以實現此結果。（劇透警告：這是不可能的！）

使用 Qiskit 提供的qiskit.primitives.StatevectorSampler和qiskit.primitives.StatevectorEstimator不會讓您走得太遠。量子運算的力量無法在經典電腦上模擬，您需要使用真正的量子硬體來擴展到更大的量子電路。然而，在硬體上運行量子電路需要重寫量子硬體的基礎閘和連接性。執行此操作的工具是轉譯器，Qiskit 包含用於綜合、最佳化、映射和調度的轉譯器通道。但是，它還包含一個預設編譯器，在大多數範例中都運作良好。以下程式碼將範例電路對應到basis_gates = ['cz', 'sx', 'rz']和量子位元的線性鏈 $0 右箭頭 1 右箭頭 2$與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 )

在真正的量子硬體上執行程式碼

Qiskit 提供了一個抽象層，允許使用者在任何提供相容介面的供應商的硬體上運行量子電路。使用 Qiskit 的最佳方法是使用執行環境，該環境為給定的硬體平台提供sampler和estimator的最佳化實作。此執行時間可能qiskit.primitives.BaseEstimatorV2使用預處理和後處理，例如具有錯誤qiskit.primitives.BaseSamplerV2 、錯誤緩解以及最終內建錯誤校正的最佳化轉譯器通道。例如，一些提供運行時原語實作的套件是：

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

Qiskit 也提供了一個較低層級的抽象介面來描述量子後端。此介面位於qiskit.providers中，定義了一個抽象BackendV2類，提供者可以實作該類別來向 Qiskit 表示其硬體或模擬器。後端類別包括用於在後端執行電路的公共介面；然而，在此介面中，每個提供者可以執行不同類型的預處理和後處理，並傳回供應商定義的結果。與真實硬體互動的已發布提供者包的一些範例包括：

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

您可以參閱這些軟體包的文檔，以取得有關如何存取和使用這些系統的進一步說明。

貢獻指南

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