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  qiskit[all]~=2.5.1
  

Ordine dei bit nell' Qiskit SDK

Se si dispone di un insieme di $n$ bit (o qubit), di solito si etichetta ogni bit $0 \rightarrow n-1$. Diversi software e risorse devono scegliere come ordinare i bit questi bit sia nella memoria del computer sia quando vengono visualizzati sullo schermo.

Convenzioni Qiskit

Ecco come l'SDK Qiskit ordina i bit in diversi scenari.

Circuiti quantistici

La classe QuantumCircuit memorizza i suoi qubit in una lista (QuantumCircuit.qubits). L'indice di un qubit in questa lista definisce l'etichetta del qubit etichetta del qubit.

from qiskit import QuantumCircuit, QuantumRegister
from qiskit.circuit import Qubit

qc = QuantumCircuit(2)
qc.qubits[0]  # qubit "0"

Qubit(QuantumRegister(2, "q"), 0)

Output:

<Qubit register=(2, "q"), index=0>

Schemi elettrici

In un diagramma di circuito, il qubit $0$ è il qubit più in alto e il qubit $n-1$ è il qubit più in basso qubit più in basso. Si può cambiare con l'argomento reverse_bits di QuantumCircuit.draw (vedere Modifica dell'ordinamento in Qiskit ).

qc.x(1)
qc.draw()

Output:

          
q_0: ─────
     ┌───┐
q_1: ┤ X ├
     └───┘

Interi

Quando si interpretano i bit come un numero, il bit $0$ è il bit meno significativo e il bit il più significativo il bit $n-1$ è il più significativo. Questo è utile per la codifica, perché ogni bit ha il valore il valore $2^\text{label}$ (l'etichetta è l'indice del qubit in QuantumCircuit.qubits). Ad esempio, la seguente esecuzione del circuito termina con il bit $0$ che è 0, e il bit $1$ che è 1. Questo viene interpretato come un intero decimale 2 (misurato con probabilità 1.0).

from qiskit.primitives import StatevectorSampler as Sampler

qc.measure_all()

job = Sampler().run([qc])
result = job.result()
print(f" > Counts: {result[0].data.meas.get_counts()}")

Output:

 > Counts: {'10': 1024}

Stringhe

Quando si visualizza o si interpreta un elenco di bit (o qubit) come una stringa, il bit $n-1$ è il bit più a sinistra e il bit $0$ è il bit più a destra. Questo perché di solito di solito scriviamo i numeri con la cifra più significativa a sinistra, e in Qiskit, il bit $n-1$ viene interpretato come il bit più significativo.

Per esempio, la cella seguente definisce uno Statevector da una stringa di stati a stati a singolo qubit. In questo caso, il qubit $0$ si trova nello stato $|+\rangle$, e il il qubit $1$ nello stato $|0\rangle$.

from qiskit.quantum_info import Statevector

sv = Statevector.from_label("0+")
sv.probabilities_dict()

Output:

{np.str_('00'): np.float64(0.4999999999999999),
 np.str_('01'): np.float64(0.4999999999999999)}

Questo può causare confusione nell'interpretazione di una stringa di bit, in quanto ci si potrebbe aspettare che il bit più a sinistra sia il bit, mentre di solito rappresenta un bit ci si potrebbe aspettare che il bit più a sinistra sia il bit $0$, mentre di solito rappresenta il bit $n-1$.

Matrice vettori di stato

Quando si rappresenta un vettore di stato come una lista di numeri complessi (ampiezze), Qiskit ordina queste ampiezze in modo che l'ampiezza all'indice $x$ rappresenti lo stato base computazionale lo stato base computazionale $|x\rangle$.

print(sv[1])  # amplitude of state |01>
print(sv[2])  # amplitude of state |10>

Output:

(0.7071067811865475+0j)
0j

Gate

Ogni porta di Qiskit può interpretare una lista di qubit a modo suo, ma le porte controllate di solito seguono la convenzione gate controllati di solito seguono la convenzione (control, target).

Ad esempio, la cella seguente aggiunge un gate controllato-X in cui il qubit $0$ è il controllo e il qubit è il target controllo e il qubit $1$ è il target.

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(2)
qc.cx(0, 1)
qc.draw()

Output:

          
q_0: ──■──
     ┌─┴─┐
q_1: ┤ X ├
     └───┘

Seguendo tutte le convenzioni precedentemente menzionate in Qiskit, questo CX-gate esegue la trasformazione $|01\rangle \leftrightarrow |11\rangle$, quindi ha la seguente matrice.

Modifica dell'ordinamento in Qiskit

Per disegnare un circuito con i qubit in ordine inverso (cioè con il qubit $0$ in basso), utilizzare l'argomento in basso), utilizzare l'argomento reverse_bits . Questo influisce solo sul diagramma generato e non influisce sul circuito; la porta X continua ad agire sul qubit $0$.

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(2)
qc.x(0)
qc.draw(reverse_bits=True)

Output:

          
q_1: ─────
     ┌───┐
q_0: ┤ X ├
     └───┘

È possibile utilizzare il metodo reverse_bits per restituire un nuovo circuito con le etichette dei con le etichette dei qubit invertite (questo non modifica il circuito originale).

qc.reverse_bits().draw()

Output:

          
q_0: ─────
     ┌───┐
q_1: ┤ X ├
     └───┘

Si noti che in questo nuovo circuito la porta X agisce sul qubit $1$.

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