{ "cells": [ { "cell_type": "markdown", "id": "0af88701-d9bc-47f2-8ceb-2ae51f567934", "metadata": {}, "source": [ "---\n", "title: \"Schaltkreise visualisieren\"\n", "description: \"Erstellen Sie Visualisierungen von Schaltkreisen und stellen Sie Auftragsdaten mithilfe des Qiskit-Visualisierungsmoduls dar\"\n", "---\n", "\n", "{/* cspell:ignore qcircuit mactex, backgroundcolor, lightgreen */}\n", "\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "8d75dc24-b8d2-45f8-830b-48e45f794a31", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "# Schaltkreise visualisieren\n", "\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "7ea76afb-aecf-4ea2-b173-5d5e7e7d68ec", "metadata": { "tags": [ "version-info" ] }, "source": [ "{/*\n", " DO NOT EDIT THIS CELL!!!\n", " This cell's content is generated automatically by a script. Anything you add\n", " here will be removed next time the notebook is run. To add new content, create\n", " a new cell before or after this one.\n", " */}\n", "\n", "\n", " \n", " Der Code auf dieser Seite wurde unter Berücksichtigung der folgenden Anforderungen entwickelt.\n", " Wir empfehlen die Verwendung dieser oder neuerer Versionen.\n", "\n", " ```\n", " qiskit[all]~=2.5.2\n", " ```\n", " \n", "\n", "\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "bd5865b3-adfa-4c87-be55-51f693335184", "metadata": {}, "source": [ "Es ist oft nützlich, die Schaltkreise zu sehen, die Sie erstellen. Verwenden Sie die folgenden Optionen, um Qiskit-Schaltkreise anzuzeigen.\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 1, "id": "488c8d7d-5615-40ec-bf84-f1fa94832fce", "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "from qiskit import QuantumCircuit" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "8bbddcca-300c-4f20-98dd-a0723cdef026", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "## Zeichnen Sie einen Quantenschaltkreis\n", "\n", "Die Klasse `QuantumCircuit` unterstützt das Zeichnen von Schaltkreisen über die Methode `draw()` oder das Drucken des Schaltkreisobjekts. Standardmäßig geben beide eine ASCII-Version des Schaltplans wieder.\n", "\n", "Beachten Sie, dass `print` `None` zurückgibt, aber den Nebeneffekt hat, dass das Diagramm gedruckt wird, während `QuantumCircuit.draw` das Diagramm ohne Nebeneffekte zurückgibt. Da Jupyter-Notebooks die Ausgabe der letzten Zeile jeder Zelle anzeigen, scheinen sie denselben Effekt zu haben.\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 2, "id": "547f07e8-7891-433c-ac53-3186196b3aa7", "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "# Build a quantum circuit\n", "circuit = QuantumCircuit(3, 3)\n", "circuit.x(1)\n", "circuit.h(range(3))\n", "circuit.cx(0, 1)\n", "circuit.measure(range(3), range(3));" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 3, "id": "d69ae2df-c31c-414f-bba2-4c4a1012de41", "metadata": {}, "outputs": [ { "name": "stdout", "output_type": "stream", "text": [ " ┌───┐ ┌─┐ \n", "q_0: ┤ H ├───────■──┤M├───\n", " ├───┤┌───┐┌─┴─┐└╥┘┌─┐\n", "q_1: ┤ X ├┤ H ├┤ X ├─╫─┤M├\n", " ├───┤└┬─┬┘└───┘ ║ └╥┘\n", "q_2: ┤ H ├─┤M├───────╫──╫─\n", " └───┘ └╥┘ ║ ║ \n", "c: 3/═══════╩════════╩══╩═\n", " 2 0 1 \n" ] } ], "source": [ "print(circuit)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 4, "id": "04c91fd9-50a1-4ff3-84e4-0b51a6b1541a", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ " ┌───┐ ┌─┐ \n", "q_0: ┤ H ├───────■──┤M├───\n", " ├───┤┌───┐┌─┴─┐└╥┘┌─┐\n", "q_1: ┤ X ├┤ H ├┤ X ├─╫─┤M├\n", " ├───┤└┬─┬┘└───┘ ║ └╥┘\n", "q_2: ┤ H ├─┤M├───────╫──╫─\n", " └───┘ └╥┘ ║ ║ \n", "c: 3/═══════╩════════╩══╩═\n", " 2 0 1 " ] }, "execution_count": 4, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "circuit.draw()" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "2159af06-93b8-441d-b8aa-c29324d26c6e", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "### Alternative Renderer\n", "\n", "Eine Textausgabe ist nützlich, um bei der Entwicklung einer Schaltung schnell die Ausgabe zu sehen, aber sie bietet nicht die größte Flexibilität. Für den Quantenschaltkreis gibt es zwei alternative Renderer. Der eine verwendet [Matplotlib](https://matplotlib.org/) und der andere verwendet [LaTeX](https://www.latex-project.org/). Der Renderer LaTeX benötigt das [Paket qcircuit](https://github.com/CQuIC/qcircuit). Wählen Sie diese Renderer aus, indem Sie das Argument \"Ausgabe\" auf die Zeichenketten `mpl` und `latex` setzen.\n", "\n", "\n", " OSX-Benutzer können die erforderlichen LaTeX Pakete über das [mactex-Paket](https://www.tug.org/mactex/) beziehen.\n", "\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 5, "id": "3f9c61c9-58f9-4315-a639-455fa2e58450", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 5, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Matplotlib drawing\n", "circuit.draw(output=\"mpl\")" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 6, "id": "94948dab-57de-45f0-8dd7-5901ae69b70a", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 6, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Latex drawing\n", "circuit.draw(output=\"latex\")" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "51fc6f51-6345-435d-abed-857f29a3f451", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "### Ausgabe speichern\n", "\n", "Das Inline-Zeichnen eines großen Schaltkreises in einem Jupyter-Notebook kann langsam oder unlesbar sein.\n", "Sie können das Diagramm direkt in einer Datei speichern und es dann in einem Bildbetrachter öffnen und nach Bedarf vergrößern.\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 7, "id": "17889caf-d953-4661-9188-00505c17064e", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 7, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Save as an image using the Matplotlib drawer\n", "circuit.draw(output=\"mpl\", filename=\"circuit-mpl.jpeg\")" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 8, "id": "a36d1aa9-fa0d-4e27-ac83-5deee43a20dd", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 8, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Or save a LaTeX rendering\n", "circuit.draw(output=\"latex\", filename=\"circuit-latex.pdf\")" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "78688e6c-3ed2-4ef2-b3db-80fdae35e585", "metadata": { "jp-MarkdownHeadingCollapsed": true }, "source": [ "\n", "\n", "### Schaltpläne für Steuerkreise\n", "\n", "Standardmäßig gibt die Methode `draw()` das gerenderte Bild als Objekt zurück und gibt nichts aus. Welche Klasse genau zurückgegeben wird, hängt von der angegebenen Ausgabe ab: `'text'` (Standard) gibt ein `TextDrawer` Objekt zurück, `'mpl'` gibt ein `matplotlib.Figure` Objekt zurück und `latex` gibt ein `PIL.Image` Objekt zurück. Jupyter-Notebooks verstehen diese Rückgabetypen und stellen sie korrekt dar, aber wenn sie außerhalb von Jupyter ausgeführt werden, werden die Bilder nicht automatisch angezeigt.\n", "\n", "Die Methode `draw()` hat optionale Argumente zur Anzeige oder Speicherung der Ausgabe. Wenn angegeben, nimmt der `filename` kwarg einen Pfad an, in dem er die gerenderte Ausgabe speichert. Wenn Sie die Ausgaben `mpl` oder `latex` verwenden, können Sie alternativ den Warg `interactive` verwenden, um das Bild in einem neuen Fenster zu öffnen (dies funktioniert nicht immer innerhalb eines Notebooks).\n", "\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "fc41270b-3518-40af-8921-dfa9666fc8e0", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "### Anpassen der Ausgabe\n", "\n", "Je nach Ausgang gibt es auch Optionen zur Anpassung des Schaltplans.\n", "\n", "\n", "\n", "#### Plotbarrieren deaktivieren und Bitreihenfolge umkehren\n", "\n", "Die ersten beiden Optionen werden von allen drei Backends gemeinsam genutzt. Sie ermöglichen es Ihnen, sowohl die Bitreihenfolge zu konfigurieren als auch zu bestimmen, ob Sie Barrieren zeichnen oder nicht. Diese können über `reverse_bits` kwarg bzw. `plot_barriers` kwarg eingestellt werden. Die folgenden Beispiele funktionieren mit jedem Ausgaberenderer; `mpl` wird hier der Kürze halber verwendet.\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 9, "id": "db61dc71-4cdc-4bb7-8139-8820e7785e55", "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "from qiskit import QuantumRegister, ClassicalRegister\n", "\n", "# Draw a new circuit with barriers and more registers\n", "q_a = QuantumRegister(3, name=\"a\")\n", "q_b = QuantumRegister(5, name=\"b\")\n", "c_a = ClassicalRegister(3)\n", "c_b = ClassicalRegister(5)\n", "\n", "circuit = QuantumCircuit(q_a, q_b, c_a, c_b)\n", "circuit.x(q_a[1])\n", "circuit.x(q_b[1])\n", "circuit.x(q_b[2])\n", "circuit.x(q_b[4])\n", "circuit.barrier()\n", "circuit.h(q_a)\n", "circuit.barrier(q_a)\n", "circuit.h(q_b)\n", "circuit.cswap(q_b[0], q_b[1], q_b[2])\n", "circuit.cswap(q_b[2], q_b[3], q_b[4])\n", "circuit.cswap(q_b[3], q_b[4], q_b[0])\n", "circuit.barrier(q_b)\n", "circuit.measure(q_a, c_a)\n", "circuit.measure(q_b, c_b);" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 10, "id": "8e57cd43-8a48-469d-8f69-8e7c936d4a1e", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 10, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Draw the circuit\n", "circuit.draw(output=\"mpl\")" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 11, "id": "8e7a251a-0a4f-43e0-8cf5-48493df7bad9", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 11, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Draw the circuit with reversed bit order\n", "circuit.draw(output=\"mpl\", reverse_bits=True)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 12, "id": "b4a601ad-1c04-4b16-afbd-ac5a0ad42653", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 12, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Draw the circuit without barriers\n", "circuit.draw(output=\"mpl\", plot_barriers=False)" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "18b0bfbe-b586-4182-9a0d-b858655a9240", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "### Renderer-spezifische Anpassungen\n", "\n", "Einige der verfügbaren Anpassungsoptionen sind spezifisch für einen Renderer.\n", "\n", "Das Argument `fold` legt eine maximale Breite für die Ausgabe fest. Im Renderer `text` wird damit die Länge der Zeilen des Diagramms festgelegt, bevor zur nächsten Zeile umgebrochen wird. Bei Verwendung des \"mpl\"-Renderers ist dies die Anzahl der (visuellen) Ebenen vor der Faltung zur nächsten Zeile.\n", "\n", "Der `mpl` Renderer hat die `style` kwarg, die die Farben und Umrisse ändert. Weitere Einzelheiten finden Sie in der [API-Dokumentation](/docs/api/qiskit/qiskit.circuit.QuantumCircuit#draw).\n", "\n", "Die Option `scale` skaliert die Ausgabe der Renderer `mpl` und `latex` .\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 13, "id": "1e08bf74-378f-45e6-b195-a9539061013d", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ " ┌───┐┌───┐┌───┐┌───┐┌───┐┌───┐┌───┐»\n", "q: ┤ H ├┤ H ├┤ H ├┤ H ├┤ H ├┤ H ├┤ H ├»\n", " └───┘└───┘└───┘└───┘└───┘└───┘└───┘»\n", "« ┌───┐┌───┐┌───┐\n", "«q: ┤ H ├┤ H ├┤ H ├\n", "« └───┘└───┘└───┘" ] }, "execution_count": 13, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "circuit = QuantumCircuit(1)\n", "for _ in range(10):\n", " circuit.h(0)\n", "# limit line length to 40 characters\n", "circuit.draw(output=\"text\", fold=40)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 14, "id": "decadf88-4866-45a0-9e2f-836c51491f9e", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 14, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Change the background color in mpl\n", "\n", "style = {\"backgroundcolor\": \"lightgreen\"}\n", "circuit.draw(output=\"mpl\", style=style)" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 15, "id": "ade9a653-3243-4ac9-bb0e-c8fb82f7a034", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 15, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "# Scale the mpl output to 1/2 the normal size\n", "circuit.draw(output=\"mpl\", scale=0.5)" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "495b560a-d835-448b-aa01-5025a7a0689e", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "### Eigenständige Schaltplanzeichnungsfunktion\n", "\n", "Wenn Sie eine Anwendung haben, in der Sie es vorziehen, einen Stromkreis mit einer eigenständigen Funktion statt als Methode eines Stromkreisobjekts zu zeichnen, können Sie direkt die Funktion `circuit_drawer()` verwenden, die Teil der öffentlichen stabilen Schnittstelle von `qiskit.visualization` ist. Die Funktion verhält sich genauso wie die Methode `circuit.draw()` , mit dem Unterschied, dass sie ein Schaltkreisobjekt als erforderliches Argument annimmt.\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 16, "id": "256dd092-b2eb-47af-a025-0ecdf85c2d5a", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ "\"Output" ] }, "execution_count": 16, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "from qiskit.visualization import circuit_drawer\n", "\n", "circuit_drawer(circuit, output=\"mpl\", plot_barriers=False)" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "0761df2f-183f-48e3-9070-766a9920c2b9", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "## Nächste Schritte\n", "\n", "\n", " * Ein Beispiel für die Visualisierung von Schaltkreisen finden Sie in der Anleitung zum [Grover-Algorithmus](/docs/tutorials/grovers-algorithm).\n", " * Visualisieren Sie einfache Schaltkreise mit „ [IBM Quantum Composer](/docs/guides/composer) “.\n", " * [Visualisieren Sie das Schaltungstiming](/docs/guides/visualize-circuit-timing).\n", " * Lesen Sie [die Dokumentation zur Qiskit-Visualisierungs-API](/docs/api/qiskit/visualization).\n", "\n", "\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "id": "a1b8767d", "source": "© IBM Corp., 2017-2026" } ], "metadata": { "kernelspec": { "display_name": "Python 3", "language": "python", "name": "python3" }, "language_info": { "codemirror_mode": { "name": "ipython", "version": 3 }, "file_extension": ".py", "mimetype": "text/x-python", "name": "python", "nbconvert_exporter": "python", "pygments_lexer": "ipython3", "version": "3" } }, "nbformat": 4, "nbformat_minor": 4 }