OpenQASM 2

qiskit.qasm2

키스킷은 키스킷 포맷으로 파싱하고 OpenQASM 2로 다시 내보내는 OpenQASM 2.0 프로그램과의 상호 운용을 지원합니다.

구문 분석 API

이 모듈에는 두 개의 공용 함수가 포함되어 있으며, 두 함수 모두 QuantumCircuitOpenQASM 를 생성합니다. load() 는 파일 이름을 받고 loads() 은 프로그램 자체를 문자열로 받습니다. 둘의 내부는 매우 유사하므로 거의 동일한 API를 제공합니다.

load

loads

이 두 로드 함수 모두 include 문에서 파일을 검색할 때 사용할 디렉터리 이름의 이터러블인 include_path 인수를 받습니다. 디렉터리는 인덱스 0부터 시도되며 첫 번째 일치 항목이 사용됩니다. qelib1.inc 가져오기는 특별하게 취급되며, 항상 포함 경로를 찾기 전에 발견되며 OpenQASM 2 언어를 설명하는 문서의 내용을 정확하게 포함합니다. 이 포함 파일의 게이트는 키스킷에 정의된 회로 라이브러리 게이트 객체에 매핑됩니다.

사용자 지정 지침 지정

사용자 지정 명령에 대한 정보 이터러블을 custom_instructions 인자로 전달하여 OpenQASM 2 언어의 퀀텀 컴포넌트를 확장할 수 있습니다. 이 지침과 호환되는 정의가 있는 파일에서는 다른 처리 방식 대신 constructor 이 사용됩니다 qiskit.qasm2 대신 사용됩니다. 이러한 지침은 선택적으로 opaque 또는 gate 선언이 필요 없는 builtin 로 표시할 수 있지만 호환되는 선언은 자동으로 무시합니다. 어느 쪽이든, 구문 분석된 프로그램에서 정의된 명령어와 다른 수의 매개 변수 또는 큐비트를 가진 사용자 지정 명령어를 제공하는 것은 오류입니다. 인자 이터러블의 각 요소는 특정 데이터 클래스여야 합니다:

CustomInstruction

from qiskit import qasm2
from qiskit.circuit import QuantumCircuit, library

qc = QuantumCircuit(2)
qc.ecr(0, 1)
qc.rzx(0.3, 0, 1)
qc.rzx(0.7, 1, 0)
qc.rzx(1.5, 0, 1)
qc.ecr(1, 0)

# This output string includes `gate ecr q0, q1 { ... }` and `gate rzx(p) q0, q1 { ... }`
# statements, since `ecr` and `rzx` are neither built-in gates nor in ``qelib1.inc``.
dumped = qasm2.dumps(qc)

# Tell the importer how to interpret the `gate` statements, which we know are safe
# because we controlled the input OpenQASM 2 source.
custom = [
    qasm2.CustomInstruction("ecr", 0, 2, library.ECRGate),
    qasm2.CustomInstruction("rzx", 1, 2, library.RZXGate),
]

loaded = qasm2.loads(dumped, custom_instructions=custom)

이는 OpenQASM 2 프로그램의 글로벌 단계 규칙에서 모호한 부분을 해결하려고 할 때 특히 유용할 수 있습니다. 자세한 내용은 OpenQASM 2단계 규칙을 참조하세요.

사용자 정의 클래식 함수 지정

위의 퀀텀 확장과 마찬가지로, 이터러블을 custom_classical 인자로 로더에 전달하여 기존 표현식(게이트에 대한 인자)에 수행된 처리를 확장할 수도 있습니다. 여기에는 name (유효한 OpenQASM 2 식별자), 필요한 파라미터의 수 num_params , 함수를 구현하는 호출 가능( Python )이 필요합니다. Python 콜러블은 num_params 위치 부동 소수점 인수를 받을 수 있어야 하며, 부동 소수점 또는 정수(부동 소수점으로 변환됨)를 반환해야 합니다. 기본 제공 기능은 재정의할 수 없습니다.

CustomClassical

Strict 모드

두 로더 함수 모두 선택 사항인 '엄격' 모드가 있습니다. 기본적으로 이 구문 분석기는 공식 사양보다 조금 더 완화되어 매개변수 목록에서 후행 쉼표, 불필요한 (빈 문) 세미콜론, OPENQASM 2.0; 버전 문을 생략할 수 있으며, 오류를 발생시키지 않고 몇 가지 다른 품질 개선 사항을 허용합니다. strict=True 에서 사양 문자 모드를 사용할 수 있습니다.

수출 API

Python 의 다른 직렬화 모듈과 마찬가지로 이 모듈은 두 가지 공용 함수를 제공합니다: dump() 과 dumps()는 각각 QuantumCircuit 를 받아 각각 대표적인 OpenQASM 2 프로그램을 파일형 객체로 작성하거나 문자열을 반환합니다.

dump

dumps

오류

이 모듈은 다음에서 파생되는 일반 오류 유형을 정의합니다 QiskitError 에서 파생되는 일반 에러 유형을 정의합니다. 이 모듈은 상호 운용 계층에서 발생하는 오류에 대해 특별히 신경 쓸 때 캐치로 사용할 수 있습니다.

QASM2Error

잘못된 OpenQASM 2 파일로 인해 렉서 또는 구문 분석기가 실패하는 경우, 변환 함수는 실패가 무엇이고 파일에서 어디에서 발생했는지 설명하는 메시지와 함께 보다 구체적인 오류를 발생시킵니다.

QASM2ParseError

OpenQASM 2.0 으로 표현할 수 없는 구조로 인해 내보내기에 실패하면 사용자 지정 오류도 발생하게 됩니다.

QASM2ExportError

예

수출 예시

간단한 QuantumCircuit 을 OpenQASM 2 문자열로 내보냅니다:

import qiskit.qasm2
from qiskit.circuit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(2, 2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
qc.measure([0, 1], [0, 1])
print(qiskit.qasm2.dumps(qc))

OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc";
qreg q[2];
creg c[2];
h q[0];
cx q[0],q[1];
measure q[0] -> c[0];
measure q[1] -> c[1];

주어진 파일 이름에 QuantumCircuit 을 지정된 파일 이름에 추가합니다:

qiskit.qasm2.dump(qc, "myfile.qasm")

마찬가지로 일반 os.PathLike 인스턴스를 파일 이름으로 사용할 수 있습니다:

import pathlib

qiskit.qasm2.dump(qc, pathlib.Path.home() / "myfile.qasm")

이미 열려 있는 스트림에 텍스트를 덤프할 수도 있습니다:

import io

with io.StringIO() as stream:
    qiskit.qasm2.dump(qc, stream)

구문 분석 예제

를 사용하여 loads() 를 사용하여 OpenQASM 2 프로그램을 문자열로 가져오려면 QuantumCircuit:

import qiskit.qasm2
program = """
    OPENQASM 2.0;
    include "qelib1.inc";
    qreg q[2];
    creg c[2];

    h q[0];
    cx q[0], q[1];

    measure q -> c;
"""
circuit = qiskit.qasm2.loads(program)
circuit.draw()

     ┌───┐     ┌─┐
q_0: ┤ H ├──■──┤M├───
     └───┘┌─┴─┐└╥┘┌─┐
q_1: ─────┤ X ├─╫─┤M├
          └───┘ ║ └╥┘
c: 2/═══════════╩══╩═
                0  1

프로그램이 파일에 저장된 경우 다음을 사용하여 동일한 작업을 수행할 수 있습니다 load() 대신 파일 이름을 인수로 전달하면 동일한 결과를 얻을 수 있습니다:

import qiskit.qasm2
circuit = qiskit.qasm2.load("myfile.qasm")

OpenQASM 2 파일은 include 문을 통해 다른 OpenQASM 2 파일을 포함할 수 있습니다. include_path 인수를 사용하여 이러한 파일을 찾는 데 사용되는 검색 경로에 영향을 줄 수 있습니다 load() 와 loads(). 기본적으로 현재 작업 디렉터리만 검색됩니다.

import qiskit.qasm2
program = """
    include "other.qasm";
    // ... and so on
"""
circuit = qiskit.qasm2.loads(program, include_path=("/path/to/a", "/path/to/b", "."))

의 경우 load() 의 경우에만 추가 인수 include_input_directory 를 사용하여 'append', 'prepend' 또는 포함 경로에 로드된 파일의 디렉터리를 무시(None)할 수 있습니다. 기본적으로 이 디렉터리는 검색 경로에 추가되므로 마지막에 시도되지만 이를 변경할 수 있습니다.

import qiskit.qasm2
filenames = ["./subdirectory/a.qasm", "/path/to/b.qasm", "~/my.qasm"]
# Search the directory of each file before other parts of the include path.
circuits = [
    qiskit.qasm2.load(filename, include_input_directory="prepend") for filename in filenames
]
# Override the include path, and don't search the directory of each file unless it's in the
# absolute path list.
circuits = [
    qiskit.qasm2.load(
        filename,
        include_path=("/usr/include/qasm", "~/qasm/include"),
        include_input_directory=None,
    )
    for filename in filenames
]

때로는 임포터가 주어진 명명된 명령어에 대해 생성하는 객체에 Gate 영향을 주고 싶을 수도 있습니다. 문장으로 include "qelib1.inc"; 정의된 게이트는 자동으로 적절한 Qiskit 회로 라이브러리 게이트와 연결되지만, 이를 확장할 수도 있습니다:

from qiskit.circuit import Gate
from qiskit.qasm2 import loads, CustomInstruction

class MyGate(Gate):
    def __init__(self, theta):
        super().__init__("my", 2, [theta])

class Builtin(Gate):
    def __init__(self):
        super().__init__("builtin", 1, [])

program = """
    opaque my(theta) q1, q2;
    qreg q[2];
    my(0.5) q[0], q[1];
    builtin q[0];
"""
customs = [
    CustomInstruction(name="my", num_params=1, num_qubits=2, constructor=MyGate),
    # Setting 'builtin=True' means the instruction doesn't require a declaration to be usable.
    CustomInstruction("builtin", 0, 1, Builtin, builtin=True),
]
circuit = loads(program, custom_instructions=customs)

마찬가지로, 게이트에 대한 인수를 설명하는 동안 사용되는 새로운 클래식 함수를 프로그램의 본문에 추가할 수 있으며(상수로 접혀서 나오는), 정의된 게이트의 본문 내에(필요에 따라 계산되는) 추가할 수도 있습니다. 여기에서는 수학적으로는 $\arctan(y/x)$ 이지만 각도 사분면과 무한대를 올바르게 처리하는 atan2(y, x) 의 Python 버전과 사용자 지정 add_one 함수를 제공합니다:

import math
from qiskit.qasm2 import loads, CustomClassical

program = """
    include "qelib1.inc";
    qreg q[2];
    rx(atan2(pi, 3 + add_one(0.2))) q[0];
    cx q[0], q[1];
"""

def add_one(x):
    return x + 1

customs = [
    # `atan2` takes two parameters, and `math.atan2` implements it.
    CustomClassical("atan2", 2, math.atan2),
    # Our `add_one` takes only one parameter.
    CustomClassical("add_one", 1, add_one),
]
circuit = loads(program, custom_classical=customs)

OpenQASM 2상 규칙

언어로서 OpenQASM 2에는 전체 프로그램의 전역 단계나 특정 게이트 정의를 지정할 수 있는 방법이 없습니다. 즉, 언어의 파서가 특정 게이트를 예상과 다른 전역 단계로 해석할 수 있습니다. 예를 들어, 사실상 표준 라이브러리인 OpenQASM 2 qelib1.inc 에는 다음과 같이 u1 및 rz 의 정의가 포함되어 있습니다:

gate u1(lambda) q {
    U(0, 0, lambda) q;
}

gate rz(phi) a {
    u1(phi) a;
}

즉, rz 은 u1 의 직접 별칭으로 보입니다. 그러나 u1 의 해석은 언어를 설명하는 논문의 방정식 (3) 에 다음과 같이 명시되어 있습니다

여기서 $\sim$ 기호는 글로벌 단계까지만 동등함을 나타냅니다. OpenQASM 2를 구문 분석할 때 이러한 게이트 간의 구분을 처리하는 방법을 선택해야 합니다. u1 은 rz 과 단계가 다르다고 산문에서 정의되어 있지만 언어는 이를 표현하도록 설계되지 않았습니다.

U1GateRZGateQiskit의 기본 설정은 표준 라이브러리의 rz 사용을 로 해석하고, 의 u1 사용을 위상이 다른 ``로 해석하는 것입니다. 헤더 파일의 문장을 gate 문자 그대로 해석했을 때 암시되는 위상 규칙을 사용하고 싶다면, Qiskit이 회로를 구성하는 방식을 재정의하기 위해 를 사용할 CustomInstruction 수 있습니다.

표준 qelib1.inc 포함의 경우 차이점이 하나뿐이므로 위상 규칙을 전환하는 데 필요한 오버라이드는 다음과 같습니다:

from qiskit import qasm2
from qiskit.circuit.library import PhaseGate
from qiskit.quantum_info import Operator

program = """
    OPENQASM 2.0;
    include "qelib1.inc";
    qreg q[1];
    rz(pi / 2) q[0];
"""

custom = [
    qasm2.CustomInstruction("rz", 1, 1, PhaseGate),
]

U1Gate여기서는 Qiskit의 PhaseGate 클래스를 사용하여 명령을 rz 표현할 것이며, 이는 (위상을 포함하여) 다음과 동일합니다:

Operator(qasm2.loads(program, custom_instructions=custom))

Operator([[1.000000e+00+0.j, 0.000000e+00+0.j],
          [0.000000e+00+0.j, 6.123234e-17+1.j]],
         input_dims=(2,), output_dims=(2,))

레거시 호환성

QuantumCircuit.from_qasm_str() 및 from_qasm_file() 를 사용하여 원시 사양에 몇 가지를 추가했습니다. 키스킷은 원래 일종의 직렬화 형식으로 OpenQASM 2를 사용하려고 시도했고, 키스킷이 확장됨에 따라 그 동작을 확장했습니다. 모든 기본값에서 새 구문 분석기는 사양을 더 엄격하게 구현합니다.

특히 기존 수입업체의 경우 더욱 그렇습니다:

• 포함_경로를 사용하는 것이 효과적입니다:

  1. <qiskit>/qasm/libs여기서 <qiskit> 은 설치된 qiskit 패키지의 루트입니다;
  2. 현재 작업 디렉토리입니다.

• 에 정의된 추가 지침이 있습니다 qelib1.inc:

  csx a, b

  CSXGate$\sqrt X$ 게이트 제어, 이에 상응하는.

  cu(theta, phi, lambda, gamma) c, t

  CUGate.에 해당하는 제어된 $U$ 의 4매개변수 버전.

  rxx(theta) a, b

  RXXGate$XX$ 축을 중심으로 한 2-큐비트 회전으로, 이는 에 해당한다.

  rzz(theta) a, b

  RZZGate$ZZ$ 축을 중심으로 한 2-큐비트 회전으로, 이는 에 해당한다.

  rccx a, b, c

  이중 제어형 $X$ 게이트이지만, 표준 Toffoli 게이트에 비해 상대적인 위상 차이가 있는 게이트입니다. RCCXGate이는 Qiskit 게이트와 일치해야 하지만, 레거시 변환기는 실제로 이 유형을 출력하지 않습니다.

  rc3x a, b, c, d

  3중 제어 방식의 $X$ 게이트이지만, 표준 정의에 비해 상대적 위상 차이가 존재합니다. RC3XGate...에 해당합니다.

  c3x a, b, c, d

  C3XGate에 해당하는 3중 제어형 $X$ 게이트.

  c3sqrtx a, b, c, d

  C3SXGate에 해당하는 3중 제어형 $\sqrt X$ 게이트.

  c4x a, b, c, d, e

  4중 제어 방식의 $X$ 게이트., C4XGate에 해당하는.

• 이름에 대해 opaque 또는 gate 정의가 제공된 경우 delay, 호출할 때마다 Delay 명령어를 출력하려고 합니다. 작동하려면 opaque delay(t) q; 와 호환되는 정의가 필요하며, 여기서 t 은 dt 단위로 제공됩니다. 매개변수와 큐비트가 정확히 하나가 아니거나 매개변수가 정수값이 아닌 경우 임포터는 구성 시 오류를 발생시킵니다.

• 추가 과학 계산기 기능 asin, acos 및 atan 을 사용할 수 있습니다.

• 구문 분석된 문법은 새 임포터의 엄격한 모드와 사실상 동일합니다.

다음에서 이 동작을 에뮬레이트할 수 있습니다 load() 와 loads() 포함_경로를 적절하게 설정하고( qiskit.__file__ 변수를 검사하여 설치된 위치를 찾아보세요), 관심 있는 각 사용자 지정 게이트의 CustomInstruction 인스턴스 목록을 전달하면 됩니다. 작업을 더 쉽게 하기 위해 키스킷의 레거시 변환기 동작과 동일한 구성의 구성 요소 하나를 포함하는 세 개의 튜플을 사용할 수 있도록 합니다.

qiskit.qasm2.LEGACY_CUSTOM_INSTRUCTIONS

qiskit.qasm2.LEGACY_CUSTOM_CLASSICAL

qiskit.qasm2.LEGACY_INCLUDE_PATH

키스킷의 레거시 버전 qelib1.inc 및 delay 명령어에 정의된 모든 게이트에서, 게이트가 실제로 어떻게 정의되고 사용되는지에 상관없이 레거시 임포터는 항상 사용자 정의 객체를 출력하려고 시도합니다. 이렇게 하면 구문 분석에 성공한 후에도 회로 구성 중에 오류가 발생할 수 있습니다. 이 버그가 있는 동작을 에뮬레이트할 수 있는 방법은 없습니다 qiskit.qasm2include "qelib1.inc"; 문이나 custom_instructions 인자만 내장된 키스킷 명령어가 사용되도록 할 수 있으며, 이 명령어들의 서명은 서로 일치합니다.

대안

이 모듈의 구문 분석기 구성 요소는 별도의 PyPI 패키지로 시작되었습니다: qiskit-qasm2. 이 패키지(버전 0.5.3 )는 키스킷 테라 0.24 에 공급되었습니다. 이후 두 패키지 간의 변경 사항은 반드시 동기화되지 않을 수 있습니다.

OpenQASM 사양의 최신 버전인 3.0 버전이 있으며, 이 버전은 https://openqasm.com. 여기에는 고급 클래식 프로그래밍을 위한 훨씬 더 많은 기능이 포함됩니다. 키스킷은 이미 OpenQASM 3에 대한 초보적인 지원을 제공하고 있습니다 qiskit.qasm3 를 참조하세요.

OpenQASM 2는 키스킷의 직렬화 언어에 적합하지 않습니다 QuantumCircuit. 이 모듈은 일반적인 직렬화 형식이 아닌 상호 운용성을 목적으로 제공됩니다. 필요한 경우 대신 qiskit.qpy 를 사용하는 것이 좋습니다.