Zustandsvektor

Standardwert: 1e-08

Daten zurücksenden.

Rückgabe der gesamten Zustandsgröße.

Gibt die Anzahl der Qubits zurück, wenn es sich um einen N-Qubit-Zustand handelt, andernfalls None.

Standardwert: 1e-05

Einstellungen zurückgeben.

conjugate()

Gibt die Konjugierte des Operators zurück.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

copy()

Erstellen Sie eine Kopie des aktuellen Operators.

dims(qargs=None)

Rückgabe eines Tupels der Eingabedimension für die angegebenen Teilsysteme.

draw(output=None, **drawer_args)

Gibt eine Visualisierung des Zustandsvektors zurück.

repr : ASCII TextMatrix des Staates __repr__.

text : ASCII TextMatrix, der in der Konsole ausgedruckt werden kann.

latex : Ein IPython-Latex-Objekt für die Anzeige in Jupyter-Notebooks.

latex_quelle : Roher, nicht kompilierter ASCII-Quelltext zur Erzeugung eines Arrays mit LaTeX.

qsphere : Matplotlib Abbildung, Rendering des Zustandsvektors mit plot_state_qsphere().

hinton : Matplotlib Abbildung, Darstellung des Zustandsvektors mit plot_state_hinton().

bloch : Matplotlib figure, Rendering des Zustandsvektors mit plot_bloch_multivector().

stadt : Matplotlib Abbildung, Rendering des Zustandsvektors mit plot_state_city().

paulivec : Matplotlib Abbildung, Rendering des Zustandsvektors mit plot_state_paulivec().

Parameter

• output (str) – Wählen Sie die Ausgabemethode, mit der der Zustand gezeichnet werden soll. Gültige Auswahlmöglichkeiten sind repr, text, latex, latex_source, qsphere, hinton, bloch, city oder paulivec. Standard ist repr. Die Voreinstellung kann durch Hinzufügen der Zeile state_drawer = <default> zu ~/.qiskit/settings.conf unter [default] geändert werden.
• drawer_args - Argumente, die direkt an die entsprechende Zeichenfunktion oder den Konstruktor ( TextMatrix( ), array_to_latex(), plot_state_qsphere(), plot_state_hinton() oder plot_bloch_multivector()) übergeben werden. Siehe die Dokumentation der jeweiligen Funktion unter qiskit.visualization.

Rückgabe

matplotlib.Figure oder str oder TextMatrix oder IPython.display.Latex: Zeichnung des Zustandsvektors.

Erhöht

ValueError - wenn eine ungültige Ausgabemethode gewählt wird.

Beispiele

Plot eines der Bell-Staaten

from numpy import sqrt
from qiskit.quantum_info import Statevector
sv=Statevector([1/sqrt(2), 0, 0, -1/sqrt(2)])
sv.draw(output='hinton')

equiv(other, rtol=None, atol=None)

Gibt True zurück, wenn der andere als Zustandsvektor bis zur globalen Phase äquivalent ist.

Parameter

• other (Statevector) – ein Objekt, aus dem eine Statevector konstruiert werden kann.
• rtol (float) – relativer Toleranzwert zum Vergleich.
• atol (float) – absoluter Toleranzwert zum Vergleich.

Rückgabe

Wahr, wenn die Zustandsvektoren bis zur globalen Phase äquivalent sind.

Rückgabetyp

bool

evolve(other, qargs=None)

Entwickeln Sie einen Quantenzustand durch den Operator.

Parameter

• other (Operator |QuantumCircuit |circuit.Instruction) – Der Betreiber, der sich weiterentwickeln wird.
• qargs (list) – eine Liste von Statevector-Subsystempositionen, auf die der Operator anzuwenden ist.

Rückgabe

den Ausgangsquantenzustand.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

Erhöht

QiskitError – wenn die Dimension des Operators nicht mit den angegebenen Dimensionen des Statevector-Subsystems übereinstimmt.

expand(other)

Rückgabe des Tensorprodukts state other ⊗ self.

Parameter

other (Statevector) – ein Quantenzustandsobjekt.

Rückgabe

das Tensorprodukt Zustand andere ⊗ selbst.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

Erhöht

QiskitError – sofern „anderes“ kein Quantenzustand ist.

expectation_value(oper, qargs=None)

Berechnen Sie den Erwartungswert eines Operators.

Parameter

• oper (Operator) – ein Operator zur Auswertung von expval of.
• qargs (None or list) – teilsysteme, auf die der Operator anzuwenden ist.

Rückgabe

den Erwartungswert.

Rückgabetyp

Komplex

classmethod from_circuit(circuit, ignore_set_layout=False)

Erstellen Sie einen Zustandsvektor aus einem Quantenschaltkreis.

Parameter

• circuit (QuantumCircuit) – Ein Quantenschaltkreis
• ignore_set_layout (bool) – Wenn auf gesetzt True, wird das Layout der Eingabe ignoriert circuit , sofern eines festgelegt ist. Standardwert ist False.

Rückgabe

Der Zustandsvektor, der durch Anwendung der Schaltung auf den vollständig aus Nullen bestehenden Eingangsstatus erhalten wird.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

Beispiel

Erstellen Sie einen Zustandsvektor aus einer transpilierten Schaltung:

from qiskit import QuantumCircuit, transpile
from qiskit.quantum_info import Statevector
from qiskit.providers.basic_provider import BasicSimulator

qc = QuantumCircuit(3)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
qc.swap(1, 2)

backend = BasicSimulator()
transpiled1 = transpile(qc, backend, optimization_level=0)
transpiled2 = transpile(qc, backend, optimization_level=2)

# Get statevectors accounting for layout changes
sv1 = Statevector.from_circuit(transpiled1)
sv2 = Statevector.from_circuit(transpiled2)

# These will be equivalent up to global phase
print(sv1.equiv(sv2))  # True

classmethod from_instruction(instruction)

Gibt den Ausgangszustandsvektor einer Anweisung zurück.

Der Zustandsvektor wird im Zustand $|{0,\ldots,0}\rangle$ mit der gleichen Anzahl von Qubits initialisiert wie der Eingangsbefehl oder die Schaltung, die durch den Eingangsbefehl entwickelt wird, und der Ausgangszustandsvektor wird zurückgegeben.

Parameter

instruction (qiskit.circuit.Instruction orQuantumCircuit) – Befehl oder Schaltung

Rückgabe

Der endgültige Zustandsvektor.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

Erhöht

QiskitError – wenn die Anweisung ungültige Anweisungen für die Zustandsvektor-Simulation enthält.

static from_int(i, dims)

Rückgabe eines Zustandsvektors der Berechnungsgrundlage.

Parameter

• i (int) – das Basiszustandselement.
• dims (int ortuple orlist) – Die Teilsystemdimensionen des Zustandsvektors (siehe zusätzliche Informationen).

Rückgabe

Die Berechnungsgrundlage lautet $|i\rangle$.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

Weitere Informationen:

Die dims kwarg kann eine ganze Zahl oder eine Iterable von ganzen Zahlen sein.

• Iterable - die Dimensionen der Teilsysteme sind die Werte in der Liste, wobei die Gesamtzahl der Teilsysteme durch die Länge der Liste gegeben ist.
• Int - die ganze Zahl gibt die Gesamtgröße des Zustands an. Wenn es eine Zweierpotenz ist, wird der Zustand als N-Qubit-Zustand initialisiert. Wenn es keine Zweierpotenz ist, hat der Zustand ein einziges d-dimensionales Teilsystem.

classmethod from_label(label)

Gibt ein Tensorprodukt von Pauli X,Y,Z-Eigenzuständen zurück.

Parameter

label (string) – eine Kennung für einen Eigenzustands-String-Ket (zulässige Werte siehe Tabelle).

Rückgabe

Der Basisvektor des N-Qubit-Grundzustands.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

Erhöht

QiskitError – wenn die Bezeichnung ungültige Zeichen enthält oder die Länge der Bezeichnung größer ist als eine explizit angegebene Anzahl von num_qubits.

inner(other)

Geben Sie das innere Produkt von self und other als $\langle self| other \rangle$ zurück.

Parameter

other (Statevector) – ein Quantenzustandsobjekt.

Rückgabe

das innere Produkt von Selbst und Anderem, $\langle self| other \rangle$.

Rückgabetyp

np.complex128

Erhöht

QiskitError – sofern „Sonstiges“ kein Quantenzustand ist oder eine andere Dimension aufweist.

is_valid(atol=None, rtol=None)

Gibt True zurück, wenn ein Zustandsvektor die Norm 1 hat.

Parameter

• atol (float | None)
• rtol (float | None)

Rückgabetyp

bool

measure(qargs=None)

Messung von Teilsystemen und Rückgabe des Ergebnisses und des Zustands nach der Messung.

Beachten Sie, dass diese Funktion den internen Zufallszahlengenerator QuantumStates für die Stichprobenziehung des Messergebnisses verwendet. Der RNG-Seed kann mit der seed() methode.

Parameter

qargs (list or None) – teilsysteme, für die Stichprobenmessungen durchgeführt werden sollen, falls keine, werden Stichprobenmessungen für alle Teilsysteme durchgeführt (Standard: keine).

Rückgabe

das Paar (outcome, state) , wobei outcome die

und state ist der kollabierte Zustand nach der Messung für das entsprechende Ergebnis.

Rückgabetyp

Tupel

probabilities(qargs=None, decimals=None)

Rückgabe des Subsystem-Messwahrscheinlichkeitsvektors.

Die Messwahrscheinlichkeiten beziehen sich auf die Messung in der Berechnungsbasis (diagonal).

Parameter

• qargs (None or list) – subsysteme, für die Wahrscheinlichkeiten zurückgegeben werden sollen, wenn None, dann für alle Subsysteme (Standard: None).
• decimals (None or int) – die Anzahl der Dezimalstellen zum Runden von Werten. Bei None wird nicht gerundet (Standard: None).

Rückgabe

Das Numpy-Vektor-Array der Wahrscheinlichkeiten.

Rückgabetyp

np.array

Beispiele

Betrachten wir einen 2-Qubit-Produktzustand $|\psi\rangle=|+\rangle\otimes|0\rangle$.

from qiskit.quantum_info import Statevector

psi = Statevector.from_label('+0')

# Probabilities for measuring both qubits
probs = psi.probabilities()
print('probs: {}'.format(probs))

# Probabilities for measuring only qubit-0
probs_qubit_0 = psi.probabilities([0])
print('Qubit-0 probs: {}'.format(probs_qubit_0))

# Probabilities for measuring only qubit-1
probs_qubit_1 = psi.probabilities([1])
print('Qubit-1 probs: {}'.format(probs_qubit_1))

probs: [0.5 0.  0.5 0. ]
Qubit-0 probs: [1. 0.]
Qubit-1 probs: [0.5 0.5]

Wir können auch die Reihenfolge der Qubits in der Liste qargs vertauschen, um die Position des Qubits in der Ausgabe der Wahrscheinlichkeiten zu ändern

from qiskit.quantum_info import Statevector

psi = Statevector.from_label('+0')

# Probabilities for measuring both qubits
probs = psi.probabilities([0, 1])
print('probs: {}'.format(probs))

# Probabilities for measuring both qubits
# but swapping qubits 0 and 1 in output
probs_swapped = psi.probabilities([1, 0])
print('Swapped probs: {}'.format(probs_swapped))

probs: [0.5 0.  0.5 0. ]
Swapped probs: [0.5 0.5 0.  0. ]

probabilities_dict(qargs=None, decimals=None)

Gibt das Wörterbuch der Messwahrscheinlichkeiten des Subsystems zurück.

Die Messwahrscheinlichkeiten beziehen sich auf die Messung in der Berechnungsbasis (diagonal).

Diese Wörterbuchdarstellung verwendet eine Ket-ähnliche Notation, bei der die Wörterbuchschlüssel qudit-Strings für die Subsystem-Basisvektoren sind. Wenn ein Teilsystem eine Dimension von mehr als 10 hat, werden Kommata zwischen den ganzen Zahlen eingefügt, damit die Teilsysteme unterschieden werden können.

Parameter

• qargs (None or list) – subsysteme, für die Wahrscheinlichkeiten zurückgegeben werden sollen, wenn None, dann für alle Subsysteme (Standard: None).
• decimals (None or int) – die Anzahl der Dezimalstellen zum Runden von Werten. Bei None wird nicht gerundet (Standard: None).

Rückgabe

Die Messwahrscheinlichkeiten in der Form von dict (ket).

Rückgabetyp

dict

purity()

Gibt die Reinheit des Quantenzustands zurück.

Rückgabetyp

float64

reset(qargs=None)

Zurücksetzen des Zustands oder der Subsysteme auf den 0-Zustand.

Parameter

qargs (list or None) – subsysteme, die zurückgesetzt werden sollen; bei None werden alle Subsysteme auf ihren 0-Zustand zurückgesetzt (Standard: None).

Rückgabe

den Reset-Zustand.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

Weitere Informationen:

Wenn alle Teilsysteme zurückgesetzt werden, wird dadurch der Grundzustand aller Teilsysteme wiederhergestellt. Wenn nur einige Teilsysteme zurückgesetzt werden, führt diese Funktion eine Messung an diesen Teilsystemen durch und entwickelt die Teilsysteme so weiter, dass die nach der Messung kollabierten Zustände in den 0-Zustand gedreht werden. Der RNG-Startwert für diese Stichprobe kann mithilfe der seed() Methode festgelegt werden.

reverse_qargs()

Rückgabe eines Zustandsvektors mit umgekehrter Subsystemreihenfolge.

Für einen Tensorproduktzustand ist dies gleichbedeutend mit der Umkehrung der Reihenfolge der Tensorproduktteilsysteme. Bei einem Zustandsvektor $|\psi \rangle = |\psi_{n-1} \rangle \otimes ... \otimes |\psi_0 \rangle$ lautet der zurückgegebene Zustandsvektor $|\psi_{0} \rangle \otimes ... \otimes |\psi_{n-1} \rangle$.

Rückgabe

den Zustandsvektor mit umgekehrter Reihenfolge der Teilsysteme.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

sample_counts(shots, qargs=None)

Probieren Sie ein Diktat von Qubit-Messergebnissen in der Berechnungsgrundlage.

Parameter

• shots (int) – anzahl der zu erzeugenden Proben.
• qargs (None or list) – teilsysteme, für die Stichprobenmessungen durchgeführt werden sollen, falls keine, werden Stichprobenmessungen für alle Teilsysteme durchgeführt (Standard: keine).

Rückgabe

wörterbuch der Stichprobenzählungen.

Rückgabetyp

Option 'counts'

Weitere Informationen:

Diese Funktion nimmt Stichproben von Messergebnissen unter Verwendung des Maßes probabilities() für den aktuellen Zustand und qargs. Sie führt die Messung nicht durch, so dass der aktuelle Zustand nicht verändert wird.

Der Startwert für den bei der Stichprobenziehung verwendeten Zufallszahlengenerator kann mithilfe der Methode seed() state auf einen festen Wert gesetzt werden.

sample_memory(shots, qargs=None)

Probieren Sie eine Liste von Qubit-Messergebnissen in der Berechnungsgrundlage aus.

Parameter

• shots (int) – anzahl der zu erzeugenden Proben.
• qargs (None or list) – teilsysteme, für die Stichprobenmessungen durchgeführt werden sollen, falls keine, werden Stichprobenmessungen für alle Teilsysteme durchgeführt (Standard: keine).

Rückgabe

Liste der erfassten Zählwerte in der Reihenfolge ihrer Erfassung.

Rückgabetyp

np.array

Weitere Informationen:

Diese Funktion nimmt Stichproben von Messergebnissen unter Verwendung des Maßes probabilities() für den aktuellen Zustand und qargs. Sie führt die Messung nicht durch, so dass der aktuelle Zustand nicht verändert wird.

Der Startwert für den bei der Stichprobenziehung verwendeten Zufallszahlengenerator kann mithilfe der Methode seed() state auf einen festen Wert gesetzt werden.

seed(value=None)

Setzen Sie den Seed für den Quantenzustand RNG.

tensor(other)

Rückgabe des Tensorprodukts Zustand self ⊗ other.

Parameter

other (Statevector) – ein Quantenzustandsobjekt.

Rückgabe

der Tensorproduktoperator selbst ⊗ andere.

Rückgabetyp

Zustandsvektor

Erhöht

QiskitError – sofern „anderes“ kein Quantenzustand ist.

to_dict(decimals=None)

Konvertiert den Zustandsvektor in Wörterbuchform.

Diese Wörterbuchdarstellung verwendet eine Ket-ähnliche Notation, bei der die Wörterbuchschlüssel qudit-Strings für die Subsystem-Basisvektoren sind. Wenn ein Teilsystem eine Dimension von mehr als 10 hat, werden Kommata zwischen den ganzen Zahlen eingefügt, damit die Teilsysteme unterschieden werden können.

Parameter

decimals (None or int) – die Anzahl der Dezimalstellen zum Runden von Werten. Bei None wird nicht gerundet (Standard: None).

Rückgabe

die Wörterbuchform des Zustandsvektors.

Rückgabetyp

dict

Beispiel

Die Ket-Form eines 2-Qubit-Zustandsvektors $|\psi\rangle = |-\rangle\otimes |0\rangle$

from qiskit.quantum_info import Statevector

psi = Statevector.from_label('-0')
print(psi.to_dict())

{'00': (0.7071067811865475+0j), '10': (-0.7071067811865475+0j)}

Für Nicht-Qubit-Subsysteme kann der ganzzahlige Bereich von 0 bis 9 reichen. Zum Beispiel in einem Qutrit-System

import numpy as np
from qiskit.quantum_info import Statevector

vec = np.zeros(9)
vec[0] = 1 / np.sqrt(2)
vec[-1] = 1 / np.sqrt(2)
psi = Statevector(vec, dims=(3, 3))
print(psi.to_dict())

{'00': (0.7071067811865475+0j), '22': (0.7071067811865475+0j)}

Für große Teilsystemdimensionen sind Begrenzungszeichen erforderlich. Das folgende Beispiel bezieht sich auf ein 20-dimensionales System, das aus einem Qubit und einem 10-dimensionalen Qudit besteht.

import numpy as np
from qiskit.quantum_info import Statevector

vec = np.zeros(2 * 10)
vec[0] = 1 / np.sqrt(2)
vec[-1] = 1 / np.sqrt(2)
psi = Statevector(vec, dims=(2, 10))
print(psi.to_dict())

{'00': (0.7071067811865475+0j), '91': (0.7071067811865475+0j)}

to_operator()

Zustand in einen rank-1 Projektor-Operator umwandeln

Rückgabetyp

Operator

trace()

Gibt die Spur des Quantenzustands als Dichtematrix zurück.

Rückgabetyp

float64