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IBM Quantum Platform

PauliEvolutionGate

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

GitHub

Bases: Gate

Evolução temporal de um operador que consiste em Paulis.

Para um operador hermitiano HH que consiste em termos de Pauli e tempo de evolução (real) tt, essa porta representa a unidade

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

As portas de evolução estão relacionadas às portas de rotação de Pauli por um fator de 2. Por exemplo, a evolução temporal do operador Pauli XX está conectada à rotação Pauli XX RXR_X por

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

Compilação:

Essa porta representa a evolução exata U(t)U(t). Entretanto, a implementação exata dessa operação geralmente requer um número exponencial de portas. Portanto, o compilador normalmente implementa uma aproximação do unitário U(t)U(t), por exemplo, usando uma fórmula de produto como a definida por LieTrotter. Ao passar o argumento synthesis , você pode especificar qual método o compilador deve usar; consulte qiskit.synthesis para ver as opções disponíveis.

Observe que a ordem em que a aproximação e métodos como control() e power() são chamados. A alteração da ordem pode resultar em unidades diferentes.

Verificações de comutação:

O Qiskit suporta verificações eficientes de comutação de PauliEvolutionGate instâncias com outros portões baseados em Pauli, como PauliGate ou PauliProductMeasurement. No entanto, essas verificações exigem a conversão do operador para SparseObservable o formato, portanto, recomendamos fortemente a criação de operadores usando essa classe de operadores se for esperado um grande número de verificações de comutação (por exemplo, se você tiver um circuito com um grande número de sequências PauliEvolutionGate).

Exemplos:

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())

O resultado acima será impresso (observe que o coeficiente -0.1 não é impresso!):

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

Referências

[1] G. Li et al. Paulihedral: A Generalized Block-Wise Compiler Optimization Framework For Quantum Simulation Kernels (2021). arXiv:2109.03371

Parâmetros

  • operator (qiskit.quantum_info.Pauli |SparsePauliOp |SparseObservable |list[qiskit.quantum_info.Pauli |SparsePauliOp |SparseObservable]) – O operador para evoluir. Também pode ser fornecido como uma lista de operadores não comutáveis em que os elementos são somas de operadores comutáveis. Por exemplo: [XY + YX, ZZ + ZI + IZ, YY].
  • time (ParameterValueType) – O tempo de evolução.
  • label (str | None) – Um rótulo para o portão a ser exibido nas visualizações. Por padrão, o rótulo é definido como exp(-it <operators>) , em que <operators> é a soma dos Paulis. Observe que o rótulo não inclui nenhum coeficiente de Paulis. Consulte a documentação da classe para obter um exemplo.
  • synthesis (EvolutionSynthesis | None) – Uma estratégia de síntese. Se for None, a síntese padrão será a fórmula do produto Lie-Trotter com uma única repetição.

Atributos

base_class

Obtém a classe base dessa instrução. É garantido que isso esteja na árvore de herança de self.

A "classe base" de uma instrução é a classe mais baixa em sua árvore de herança com a qual o objeto deve ser considerado totalmente compatível para aplicativos de circuito. Isso normalmente significa que a subclasse é definida apenas para oferecer algum tipo de conveniência ao programador em relação à classe base, e a classe base é a classe "verdadeira" em uma perspectiva comportamental. Em particular, você não deve substituir base_class se estiver definindo uma versão personalizada de uma instrução que será implementada de forma diferente pelo hardware, como uma estratégia de medição alternativa ou uma versão de uma porta parametrizada com um conjunto específico de parâmetros para fins de distinção em um Target da porta parametrizada completa.

Isso geralmente é exatamente equivalente a type(obj), exceto no caso de instâncias únicas de instruções de biblioteca padrão. Essas instâncias singleton são subclasses especiais de sua classe base, e essa propriedade retornará essa base. Por exemplo:

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

Em geral, não se deve confiar na classe precisa de uma instrução; em um determinado circuito, espera-se que Instruction.name seja um discriminador mais adequado na maioria das situações.

decompositions

Obtenha as decomposições da instrução no site SessionEquivalenceLibrary.

definition

Definição de retorno em termos de outros portões básicos.

label

Etiqueta de instruções de devolução

mutable

Essa instância é uma instância única mutável ou não.

Se esse atributo for False , a instância do portão será um singleton compartilhado e não será mutável.

name

Retorna o nome.

num_clbits

Retorna o número de clbits.

num_qubits

Retorna o número de qubits.

params

Os parâmetros do site Instruction. O ideal é que sejam ângulos de portão.

time

Retorna o tempo de evolução conforme armazenado nos parâmetros da porta.

Retorna

O tempo de evolução.


Métodos

add_decomposition

add_decomposition(decomposition)

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Adicione uma decomposição da instrução ao site SessionEquivalenceLibrary.

broadcast_arguments

broadcast_arguments(qargs, cargs)

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Validação e manipulação dos argumentos e seu relacionamento.

Por exemplo, cx([q[0],q[1]], q[2]) significa cx(q[0], q[2]); cx(q[1], q[2]). Esse método produz os argumentos no agrupamento correto. No exemplo dado:

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

As regras gerais de transmissão são:

  • Se len(qargs) == 1:

    [q[0], q[1]] -> [q[0]],[q[1]]
  • Se 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]]
  • Se len(qargs) >= 3:

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

Parâmetros

  • qargs (list) – Lista de argumentos de bits quânticos.
  • cargs (list) – Lista de argumentos clássicos de bits.

Retorna

Uma tupla com argumentos únicos.

Aumentos

CircuitError - Se a entrada não for válida. Por exemplo, o número de argumentos não corresponde à expectativa da porta.

Tipo de retorno

Iterável [ tupla [ lista, lista ]]

control

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

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Retorna a versão controlada de si mesmo.

O resultado é a versão controlada especificada de eitHe^{-itH}. O portão retornado representa eitHCe^{-it H_C}, em que HCH_C é o operador original HH, tensionado com os projetores 00|0\rangle\langle 0| e 11|1\rangle\langle 1| (dependendo do estado de controle).

A porta controlada é implementada como PauliEvolutionGate, independentemente do valor de annotated.

Parâmetros

  • num_ctrl_qubits (int) – Número de controles a serem adicionados. Padroniza para 1.
  • label (str | None) – Uma etiqueta para a porta de evolução de Pauli resultante, para exibição em visualizações. Por padrão, o rótulo é definido como exp(-it <operators>) onde <operators> é a soma dos Paulis. Observe que o rótulo não inclui nenhum coeficiente de Paulis. Veja a string de documentação da classe para um exemplo.
  • ctrl_state (int |str | None) – O estado de controle da porta, especificado como um número inteiro ou uma sequência de bits (por exemplo, "110"). Se None, o padrão é o estado em que todos os bits estão 2**num_ctrl_qubits - 1 definidos como 1.
  • annotated (bool | None) – Ignorado.

Retorna

Uma versão controlada deste portão.

Tipo de retorno

Portão

copy

copy(name=None)

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Cópia da instrução.

Parâmetros

name (str) – nome a ser dado ao circuito copiado; se for None , o nome permanecerá o mesmo.

Retorna

uma cópia da instrução atual, com o nome atualizado, caso tenha sido fornecido

Tipo de retorno

qiskit.circuit.Instruction

inverse

inverse(annotated=False)

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Retorna o inverso, que é obtido invertendo-se o sinal do tempo de evolução.

Parâmetros

annotated (bool)

is_parameterized

is_parameterized()

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Retorna se o site Instruction contém parâmetros de tempo de compilação.

power

power(exponent, annotated=False)

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Eleve esse portão ao poder de exponent.

O resultado representa eitpHe^{-i tp H} onde pp é igual a exponent.

Parâmetros

  • exponent (float) – O poder de elevar o portão para.
  • annotated (bool) – Não se aplica a esta classe. Normalmente, quando isso é True , retornamos um AnnotatedOperation com um modificador de potência definido em vez de um Gate. No entanto, podemos representar eficientemente as potências das evoluções de Pauli como PauliEvolutionGateque é usado aqui.

Retorna

Uma operação que implementa gate^exponent.

Tipo de retorno

Portão

repeat

repeat(n)

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Cria uma instrução com nnself repetido vezes.

Parâmetros

n (int) – Número de vezes para repetir a instrução

Retorna

Contendo a definição.

Tipo de retorno

qiskit.circuit.Instruction

Aumentos

CircuitError - Se n < 1.

reverse_ops

reverse_ops()

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Para uma instrução composta, inverta a ordem das subinstruções.

Isso é feito por meio da inversão recursiva de todas as subinstruções. Ele não inverte nenhuma porta.

Retorna

uma nova instrução com

subinstruções invertidas.

Tipo de retorno

qiskit.circuit.Instruction

soft_compare

soft_compare(other)

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Comparação suave entre portões. Seus nomes, número de qubits e números de bits clássicos devem corresponder. O número de parâmetros deve corresponder. Cada parâmetro é comparado. Se a pessoa for um ParameterExpression, isso não será levado em conta.

Parâmetros

other (instruction) – outras instruções.

Retorna

são iguais a si mesmo e a outro até as expressões de parâmetro.

Tipo de retorno

bool

to_matrix

to_matrix()

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Retorna a matriz eitHe^{-it H} como numpy.ndarray.

Retorna

A matriz que esse portão representa.

Aumentos

ValueError - Se os parâmetros de time não forem numéricos.

Tipo de retorno

ndarray

to_mutable

to_mutable()

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Retorna uma cópia mutável desse portão.

Esse método retornará uma nova cópia mutável dessa instância de porta. Se uma instância singleton estiver sendo usada, essa será uma nova instância exclusiva que poderá ser alterada. Se a instância já for mutável, ela será uma cópia profunda dessa instância.

validate_parameter

validate_parameter(parameter)

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Os parâmetros do gate devem ser int, float ou ParameterExpression

Parâmetros

parameter (ParameterExpression |float)

Tipo de retorno

ParameterExpression | flutuação

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