Libreria di circuiti

QkCircuit *qk_circuit_library_iqp(uint32_t num_qubits, const int64_t *interactions, bool check_input)

Genera un circuito a polinomio quantistico istantaneo (IQP) a partire da una matrice di interazione intera.

La interactions matrice viene interpretata come un array n × n a righe di interi a 64 bit, dove n = num_qubits. Le voci diagonali definiscono le potenze di fase di tipo T, mentre il triangolo superiore codifica le interazioni CPhase a due qubit.

Sicurezza

Se num_qubits > 0, interactions deve essere un puntatore valido e non nullo a almeno num_qubits * num_qubits valori int64_t contigui in ordine row-major. La memoria indicata da interactions deve essere correttamente allineata, leggibile per tutta la durata di questa chiamata e non soggetta ad alias mutabili. Il passaggio di un puntatore non valido o di un buffer troppo piccolo comporta un comportamento indefinito.

Parametri

• num_qubits – Numero di qubit logici (n). Deve corrispondere alla dimensione della interactions matrice.
• interazioni – Puntatore a una matrice n × n con disposizione a righe di tipo int64_t. Può essere NULL solo se num_qubits == 0.
• check_input – Quando viene chiamata true, questa funzione verifica che la matrice sia simmetrica e restituisce un valore NULL se non lo è. In tal caso false, non viene eseguita alcuna verifica aggiuntiva.

Risultati

Una matrice appena allocata QkCircuit* in caso di successo (il chiamante deve liberarla con qk_circuit_free), oppure NULL se num_qubits > 0 e interactions è NULL, oppure se check_input è true e la matrice non è simmetrica.

QkCircuit *qk_circuit_library_random_iqp(uint32_t num_qubits, int64_t seed)

Genera un circuito quantistico polinomiale istantaneo (IQP) casuale.

Questo crea internamente una matrice di interazione simmetrica casuale di numeri interi e la utilizza per costruire un circuito IQP, rispecchiando il costruttore qiskit.circuit.library.IQP Python.

Parametri

• num_qubits – Numero di qubit.
• seme – seme RNG. Se il valore è negativo, l'entropia viene ricavata dal sistema operativo; in caso contrario, il valore specificato viene utilizzato come seme deterministico.

Risultati

Una memoria appena allocata QkCircuit* (il chiamante deve liberarla con qk_circuit_free).

void qk_pauli_product_rotation_clear(QkPauliProductRotation *inst)

Cancella i dati interni dei file allocati da Rust QkPauliProductRotation.

Questo libera la memoria degli array z x e e libera il angle. Questa funzione deve essere chiamata solo per QkPauliProductRotation gli oggetti i cui dati sono stati popolati da Rust.

Esempio

// let `circuit` be a QkCircuit* and `index` a size_t at the position of a QkPauliProductRotation
QkPauliProductRotation inst;

// query the QkPauliProductRotation data
assert(qk_circuit_operation_kind(circuit, index) == QkOperationKind_PauliProductRotation);
qk_circuit_inst_pauli_product_rotation(circuit, index, &inst);

// do something with `inst`, and then clear the Rust-allocated data
qk_pauli_product_rotation_clear(&inst);

Al contrario, questa funzione non dovrebbe essere chiamata se C provvede già a cancellare i dati.

bool z[4] = {false, false, true, true};
bool x[4] = {false, true, true, false};
QkParam *angle = qk_param_from_double(1.0);
QkPauliProductRotation rotation = {z, x, 4, angle};

// since this data is allocated by C, we do not call `qk_pauli_product_rotation_clear(&rotation)`!
qk_param_free(angle);

Sicurezza

Il comportamento è indefinito se non inst è un puntatore valido e non nullo a un QkPauliProductRotation, oppure se i dati interni di QkPauliProductRotation sono incoerenti.

Parametri

• inst – Un puntatore all'elemento QkPauliProductRotation da cancellare.

void qk_pauli_product_measurement_clear(QkPauliProductMeasurement *inst)

Cancella i dati interni dei file allocati da Rust QkPauliProductMeasurement.

Questo libera la memoria degli z array x e. Questa funzione deve essere chiamata solo per QkPauliProductMeasurement gli oggetti i cui dati sono stati popolati da Rust.

Esempio

// let `circuit` be a QkCircuit* and `index` a size_t at the position
// of a QkPauliProductMeasurement
QkPauliProductMeasurement inst;

// query the QkPauliProductMeasurement data
assert(qk_circuit_operation_kind(circuit, index) == QkOperationKind_PauliProductMeasurement);
qk_circuit_inst_pauli_product_measurement(circuit, index, &inst);

// do something with `inst`, and then clear the Rust-allocated data
qk_pauli_product_measurement_clear(&inst);

Al contrario, questa funzione non dovrebbe essere chiamata se C provvede già a cancellare i dati.

bool z[4] = {false, false, true, true};
bool x[4] = {false, true, true, false};
QkPauliProductMeasurement inst = {z, x, 4, true};

// since this data is allocated by C, we do not call `qk_pauli_product_measurement_clear(&inst)`

Sicurezza

Il comportamento è indefinito se non inst è un puntatore valido e non nullo a un QkPauliProductMeasurement, oppure se i dati interni di QkPauliProductMeasurement sono incoerenti.

Parametri

• inst – Un puntatore all'elemento QkPauliProductMeasurement da cancellare.

QkCircuit *qk_circuit_library_quantum_volume(uint32_t num_qubits, size_t depth, int64_t seed)

Generare un circuito modello Quantum Volume

I circuiti modello sono istanze casuali di circuiti utilizzati per misurare la metrica Quantum Volume, come introdotto nel punto [1]. I circuiti modello consistono in strati di elementi casuali di Haar di SU(4) applicati tra coppie corrispondenti di qubit in una bipartizione casuale.

Questa funzione è multithread e avvierà un pool di thread con un numero di thread pari al numero di CPU per impostazione predefinita. È possibile regolare il numero di thread con la variabile di ambiente RAYON_NUM_THREADS. Ad esempio, impostando RAYON_NUM_THREADS=4 si limiterà il pool di thread a 4 thread.

[1] A. Cross et al. Convalida dei computer quantistici utilizzando circuiti modello randomizzati, Phys. Rev. A 100, 032328 (2019). arXiv:1811.12926

Esempio

QkCircuit *qc = qk_circuit_library_quantum_volume(10, 10, -1)

Parametri

• num_qubits – Il numero di qubit da utilizzare per il circuito generato.
• profondità – Il numero di livelli per il circuito generato.
• seed – Un seme RNG utilizzato per generare le matrici SU(4) casuali utilizzate nel circuito di uscita. Se il numero fornito è negativo, il seme utilizzato sarà ricavato dall'entropia del sistema.

Risultati

Un puntatore al circuito del volume quantistico.

QkCircuit *qk_circuit_library_suzuki_trotter(const QkObs *op, uint32_t order, uint32_t reps, double time, bool preserve_order, bool insert_barriers)

Generare un circuito utilizzando la formula del prodotto di Suzuki-Trotter di ordine superiore a partire da un osservabile.

Le formule di Suzuki-Trotter migliorano l'errore dell'approssimazione di Lie-Trotter. In questa implementazione, gli operatori sono espressi come somme di termini di un operatore di Pauli. Le decomposizioni di ordine superiore si basano su ricorsioni; cfr. rif. [1] per ulteriori dettagli.

Esempio

QkObs *obs = qk_obs_zero(1);

QkBitTerm op1_bits[1] = {QkBitTerm_X};
QkObsTerm term1 = {(QkComplex64){1.0, 0.0}, 1, op1_bits, (uint32_t[1]){0}, 1};
qk_obs_add_term(obs, &term1);

QkBitTerm op2_bits[1] = {QkBitTerm_Y};
QkObsTerm term2 = {(QkComplex64){1.0, 0.0}, 1, op2_bits, (uint32_t[1]){0}, 1};
qk_obs_add_term(obs, &term2);

QkCircuit *qc = qk_circuit_library_suzuki_trotter(obs, 2, 1, 0.1, true, false);

qk_obs_free(obs);
qk_circuit_free(qc);

Sicurezza

Il comportamento è indefinito non op è un puntatore valido e non nullo a un QkObs.

Riferimenti

[1] : D. Berry, G., Ahokas, R., Cleve e B. Sanders, «Algoritmi quantistici efficienti per la simulazione di hamiltoniani sparsi» (2006). arXiv:quant-ph/0508139

[2] : N. Hatano e M. Suzuki, «Trovare formule esponenziali di prodotti di ordine superiore» (2005). arXiv:math-ph/0506007

Parametri

• op – Il termine QkObs che contiene la somma dei termini di Pauli.
• ordine – L'ordine della formula del prodotto.
• reps – Il numero di intervalli temporali.
• tempo – Il tempo di evoluzione.
• preserve_order – Se impostato false, consente di riorganizzare i termini dell'operatore per ottenere potenzialmente un circuito di evoluzione meno profondo. Non è rilevante quando si sintetizza un osservabile con un unico termine.
• insert_barriers – Indica se inserire delle separazioni tra le evoluzioni dei termini.

Risultati

Un puntatore al circuito generato.