PauliEvolutionGate

class qiskit.circuit.library.PauliEvolutionGate(operator, time=1.0, label=None, synthesis=None)

Basen: Gate

Zeitliche Entwicklung eines aus Paulis bestehenden Operators.

Für einen hermiteschen Operator $H$ , der aus Pauli-Termen und der (reellen) Entwicklungszeit $t$ besteht, stellt dieses Tor die unitäre

U(t) = e^{-itH}.

Die Evolutionstore sind mit den Pauli-Rotationstoren um den Faktor 2 verwandt. Zum Beispiel ist die zeitliche Entwicklung des Pauli $X$ Operators mit der Pauli $X$ Rotation $R_X$ verbunden durch

U(t) = e^{-itX} = R_X(2t).

Zusammenstellung:

Dieses Gatter stellt die exakte Entwicklung v $U(t)$ dar. Die exakte Umsetzung dieser Operation erfordert jedoch in der Regel eine exponentielle Anzahl von Gattern. Der Compiler implementiert daher in der Regel eine Näherung der unitären $U(t)$ , z. B. unter Verwendung einer Produktformel, wie sie durch LieTrotter… definiert ist. Durch die Übergabe des synthesis Arguments können Sie festlegen, welche Methode der Compiler verwenden soll; die verfügbaren Optionen finden Sie qiskit.synthesis unter.

Beachten Sie, dass die Reihenfolge, in der die Annäherung und Methoden wie control() und power() aufgerufen werden. Eine Änderung der Reihenfolge kann zu unterschiedlichen Einheiten führen.

Kommutierungsprüfungen:

Qiskit unterstützt effiziente Kommutationsprüfungen von PauliEvolutionGate Instanzen mit anderen Pauli-basierten Gattern, wie z. B. PauliGate oder PauliProductMeasurement. Diese Überprüfungen erfordern jedoch die Konvertierung des Operators in SparseObservable das Format. Daher empfehlen wir dringend, Operatoren mit dieser Operatorklasse zu erstellen, wenn eine große Anzahl von Kommutierungsprüfungen zu erwarten ist (z. B. wenn Sie einen Schaltkreis mit einer großen Anzahl von sequenziellen PauliEvolutionGates haben).

Beispiele:

from qiskit.circuit import QuantumCircuit
from qiskit.circuit.library import PauliEvolutionGate
from qiskit.quantum_info import SparsePauliOp

X = SparsePauliOp("X")
Z = SparsePauliOp("Z")
I = SparsePauliOp("I")

# build the evolution gate
operator = (Z ^ Z) - 0.1 * (X ^ I)
evo = PauliEvolutionGate(operator, time=0.2)

# plug it into a circuit
circuit = QuantumCircuit(2)
circuit.append(evo, range(2))
print(circuit.draw())

Der obige Text wird gedruckt (beachten Sie, dass der Koeffizient -0.1 nicht gedruckt wird!):

     ┌──────────────────────────┐
q_0: ┤0                         ├
     │  exp(-it (ZZ + XI))(0.2) │
q_1: ┤1                         ├
     └──────────────────────────┘

Quellenangaben:

[1] G. Li et al. Paulihedral: Ein verallgemeinerter blockweiser Compiler-Optimierungsrahmen für Quantensimulationskerne (2021). arXiv:2109.03371

Parameter

operator (qiskit.quantum_info.Pauli |SparsePauliOp |SparseObservable |list[qiskit.quantum_info.Pauli |SparsePauliOp |SparseObservable]) – Der Betreiber muss sich weiterentwickeln. Kann auch als Liste von nicht-kommutierenden Operatoren angegeben werden, wobei die Elemente Summen von kommutierenden Operatoren sind. Beispiel: [XY + YX, ZZ + ZI + IZ, YY].
time (ParameterValueType) – Die Entwicklungszeit.
label (str | None) – Eine Bezeichnung für das Tor, die in Visualisierungen angezeigt wird. Standardmäßig ist die Beschriftung auf exp(-it <operators>) eingestellt, wobei <operators> die Summe der Paulis ist. Beachten Sie, dass das Etikett keine Koeffizienten des Paulis enthält. Ein Beispiel finden Sie in der Klassendokumentation.
synthesis (EvolutionSynthesis | None) – Eine Synthesestrategie. Wenn Keine, ist die Standardsynthese die Lie-Trotter-Produktformel mit einer einzigen Wiederholung.

Attribute

base_class

Ermittelt die Basisklasse dieser Instruktion. Dies ist garantiert im Vererbungsbaum von self zu finden.

Die "Basisklasse" einer Anweisung ist die niedrigste Klasse in ihrem Vererbungsbaum, mit der das Objekt für _all_ Schaltkreisanwendungen als vollständig kompatibel angesehen werden sollte. Dies bedeutet in der Regel, dass die Unterklasse nur definiert ist, um dem Programmierer eine gewisse Bequemlichkeit gegenüber der Basisklasse zu bieten, und die Basisklasse ist die "wahre" Klasse für eine Verhaltensperspektive. Insbesondere sollten Sie Folgendes nicht außer Kraft setzen base_class nicht überschreiben, wenn Sie eine benutzerdefinierte Version einer Anweisung definieren, die von der Hardware anders implementiert wird, wie z. B. eine alternative Messstrategie oder eine Version eines parametrisierten Gatters mit einem bestimmten Satz von Parametern, um es in einer Target von dem vollständig parametrisierten Gatter zu unterscheiden.

Dies ist oft genau gleichwertig mit type(obj), außer im Fall von Singleton-Instanzen von Standard-Bibliotheksanweisungen. Diese Singleton-Instanzen sind spezielle Unterklassen ihrer Basisklasse, und diese Eigenschaft gibt die Basisklasse zurück. Zum Beispiel:

>>> isinstance(XGate(), XGate)
True
>>> type(XGate()) is XGate
False
>>> XGate().base_class is XGate
True

Im Allgemeinen sollte man sich nicht auf die genaue Klasse eines Befehls verlassen; innerhalb einer bestimmten Schaltung sollte Instruction.name in den meisten Situationen ein geeigneteres Unterscheidungsmerkmal sein.

decompositions

Holen Sie sich die Zerlegungen der Anweisung von SessionEquivalenceLibrary.

definition

Definition der Rückgabe in Bezug auf andere grundlegende Gates.

label

Etikett mit Rücksendeanweisungen

mutable

Ist diese Instanz eine veränderbare eindeutige Instanz oder nicht.

Wenn dieses Attribut False lautet, ist die Gate-Instanz ein gemeinsam genutztes Singleton und nicht veränderbar.

name

Geben Sie den Namen zurück.

num_clbits

Gibt die Anzahl der Clbits zurück.

num_qubits

Gibt die Anzahl der Qubits zurück.

params

Die Parameter dieses Instruction. Im Idealfall sind dies Torwinkel.

time

Gibt die in den Gate-Parametern gespeicherte Evolutionszeit zurück.

Rückgabe

Die Entwicklungszeit.

Methoden

add_decomposition

add_decomposition(decomposition)

GitHub

Fügen Sie eine Dekomposition der Anweisung in die SessionEquivalenceLibrary ein.

broadcast_arguments

broadcast_arguments(qargs, cargs)

GitHub

Validierung und Handhabung der Argumente und ihrer Beziehung.

Zum Beispiel bedeutet cx([q[0],q[1]], q[2]) cx(q[0], q[2]); cx(q[1], q[2]). Diese Methode liefert die Argumente in der richtigen Gruppierung. Im gegebenen Beispiel:

in: [[q[0],q[1]], q[2]],[]
outs: [q[0], q[2]], []
      [q[1], q[2]], []

Es gelten die allgemeinen Übertragungsregeln:

Wenn len(qargs) == 1:
```
[q[0], q[1]] -> [q[0]],[q[1]]
```

Wenn len(qargs) == 2:

[[q[0], q[1]], [r[0], r[1]]] -> [q[0], r[0]], [q[1], r[1]]
[[q[0]], [r[0], r[1]]]       -> [q[0], r[0]], [q[0], r[1]]
[[q[0], q[1]], [r[0]]]       -> [q[0], r[0]], [q[1], r[0]]

Wenn len(qargs) >= 3:

[q[0], q[1]], [r[0], r[1]],  ...] -> [q[0], r[0], ...], [q[1], r[1], ...]

Parameter

qargs (list) – Liste der Quantenbit-Argumente.
cargs (list) – Liste der klassischen Bit-Argumente.

Rückgabe

Ein Tupel mit einzelnen Argumenten.

Erhöht

CircuitError – Wenn die Eingabe ungültig ist. Beispielsweise stimmt die Anzahl der Argumente nicht mit der vom Gatter erwarteten Anzahl überein.

Rückgabetyp

Iterable [ Tupel [ Liste, Liste ]]

control

control(num_ctrl_qubits=1, label=None, ctrl_state=None, annotated=None)

GitHub

Gibt die kontrollierte Version von sich selbst zurück.

Das Ergebnis ist die angegebene kontrollierte Version von $e^{-itH}$ . Das zurückgegebene Tor stellt $e^{-it H_C}$ dar, wobei $H_C$ der ursprüngliche Operator $H$ ist, der mit den Projektoren $|0\rangle\langle 0|$ und $|1\rangle\langle 1|$ (je nach Kontrollstatus) gestreckt wurde.

Das gesteuerte Gatter wird unabhängig vom Wert von als PauliEvolutionGateannotatedimplementiert.

Parameter

num_ctrl_qubits (int) – Anzahl der hinzuzufügenden Steuerelemente. Der Standardwert ist 1.
label (str | None) – Eine Bezeichnung für das resultierende Pauli-Evolutionsgatter, die in Visualisierungen angezeigt werden soll. Standardmäßig ist das Label auf gesetzt exp(-it <operators>) , wobei die Summe <operators> der Paulis ist. Beachten Sie, dass das Label keine Koeffizienten der Paulis enthält. Ein Beispiel finden Sie im Dokumentationsstring der Klasse.
ctrl_state (int |str | None) – Der Steuerzustand des Gatters, angegeben entweder als Ganzzahl oder als Bitfolge (z. B. "110"). Wenn None, wird standardmäßig der Zustand „alles 2**num_ctrl_qubits - 1Einsen“ angenommen.
annotated (bool | None) – Ignoriert.

Rückgabe

Eine kontrollierte Version dieses Tors.

Rückgabetyp

Tor

copy

copy(name=None)

GitHub

Kopie der Anweisung.

Parameter

name (str) – name, der dem kopierten Schaltkreis gegeben werden soll, wenn None , dann bleibt der Name derselbe.

Rückgabe

eine Kopie der aktuellen Anweisung, wobei der Name aktualisiert wird, wenn er angegeben wurde

Rückgabetyp

qiskit.circuit.Instruction

inverse

inverse(annotated=False)

GitHub

Gibt den Kehrwert zurück, der durch Umkehrung des Vorzeichens der Entwicklungszeit erhalten wird.

Parameter

annotated (bool)

is_parameterized

is_parameterized()

GitHub

Gibt zurück, ob das Instruction Kompilierungszeitparameter enthält.

power

power(exponent, annotated=False)

GitHub

Erhöhen Sie dieses Tor auf die Macht von exponent.

Das Ergebnis ist $e^{-i tp H}$ , wobei $p$ gleich exponent ist.

Parameter

exponent (float) – Die Macht, das Tor zu erhöhen.
annotated (bool) – Nicht anwendbar auf diese Klasse. Normalerweise, wenn dies True ist, geben wir eine AnnotatedOperation mit einem gesetzten Leistungsmodifikator anstelle eines konkreten Gate. Wir können jedoch Potenzen von Pauli-Entwicklungen effizient darstellen als PauliEvolutionGatedarstellen, was hier verwendet wird.

Rückgabe

Eine Operation, die gate^exponent implementiert.

Rückgabetyp

Tor

repeat

repeat(n)

GitHub

Erstellt eine Anweisung, die self $n$ -mal wiederholt wird.

Parameter

n (int) – Anzahl der Wiederholungen des Befehls

Rückgabe

Enthält die Definition.

Rückgabetyp

qiskit.circuit.Instruction

Erhöht

CircuitError – Wenn n < 1 ist.

reverse_ops

reverse_ops()

GitHub

Bei einer zusammengesetzten Anweisung kehren Sie die Reihenfolge der Unteranweisungen um.

Dies geschieht durch rekursive Umkehrung aller Unterbefehle. Es wird kein Tor invertiert.

Rückgabe

eine neue Anweisung mit

unteranweisungen umgedreht.

Rückgabetyp

qiskit.circuit.Instruction

soft_compare

soft_compare(other)

GitHub

Weicher Vergleich zwischen Gates. Ihre Namen, die Anzahl der Qubits und die klassischen Bitnummern müssen übereinstimmen. Die Anzahl der Parameter muss übereinstimmen. Jeder Parameter wird verglichen. Wenn man eine ParameterExpression ist, wird sie nicht berücksichtigt.

Parameter

other (instruction) – sonstiger Unterricht.

Rückgabe

sind selbst und andere gleich bis hin zu Parameterausdrücken.

Rückgabetyp

bool

to_matrix

to_matrix()

GitHub

Geben Sie die Matrix $e^{-it H}$ als numpy.ndarray zurück.

Rückgabe

Die Matrix, die dieses Gatter darstellt.

Erhöht

ValueError - Wenn der Parameter time nicht numerisch ist.

Rückgabetyp

ndarray

to_mutable

to_mutable()

GitHub

Gibt eine veränderbare Kopie dieses Tores zurück.

Diese Methode gibt eine neue veränderbare Kopie dieser Gate-Instanz zurück. Wenn eine Singleton-Instanz verwendet wird, ist dies eine neue, eindeutige Instanz, die verändert werden kann. Wenn die Instanz bereits veränderbar ist, handelt es sich um eine Deepcopy dieser Instanz.

validate_parameter

validate_parameter(parameter)

GitHub

Gate-Parameter sollten int, float, oder ParameterExpression

Parameter

parameter (ParameterExpression |float)

Rückgabetyp

ParameterExpression | Schwimmer

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