{ "cells": [ { "cell_type": "markdown", "id": "35492576-b15e-43e6-8b9b-293631c6b194", "metadata": {}, "source": [ "---\n", "title: \"OpenQASM 2 と Qiskit SDK\"\n", "description: \"OpenQASM 2 と Qiskit SDK 間のコード変換方法\"\n", "---\n", "\n", "\n", "\n", "# OpenQASM 2 と Qiskit SDK\n", "\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "f1330cdd-036e-4a99-b2d1-0348a4d70cb3", "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. 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custom_instructions=(), custom_classical=(), strict=False)\n", "```\n", "\n" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "52d909cd-6332-46a3-9a1a-330e1c4a66cf", "metadata": {}, "source": [ "詳しくは [OpenQASM 2 Qiskit APIを](/docs/api/qiskit/qasm2)ご覧ください。\n", "\n", "\n", "\n", "### 簡単なプログラムをインポートする\n", "\n", "ほとんどの OpenQASM 2プログラムでは、単純に `qasm2.load` と `qasm2.loads` を1つの引数で使うことができる。\n", "\n", "\n", "\n", "#### 例: OpenQASM 2 プログラムを文字列としてインポートする\n", "\n", "`qasm2.loads()` を使って、 OpenQASM 2 プログラムを文字列としてインポートする。 QuantumCircuit:\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 1, "id": "f7d62945-1899-4b39-acee-6aaf6b37db09", "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "text/plain": [ " ┌───┐ ┌─┐ \n", "q_0: ┤ H ├──■──┤M├───\n", " └───┘┌─┴─┐└╥┘┌─┐\n", "q_1: ─────┤ X ├─╫─┤M├\n", " └───┘ ║ └╥┘\n", "c: 2/═══════════╩══╩═\n", " 0 1 " ] }, "execution_count": 1, "metadata": {}, "output_type": "execute_result" } ], "source": [ "import qiskit.qasm2\n", "\n", "program = \"\"\"\n", " OPENQASM 2.0;\n", " include \"qelib1.inc\";\n", " qreg q[2];\n", " creg c[2];\n", "\n", " h q[0];\n", " cx q[0], q[1];\n", "\n", " measure q -> c;\n", "\"\"\"\n", "circuit = qiskit.qasm2.loads(program)\n", "circuit.draw()" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "6556b10e-7d15-4c51-a917-a969a23babff", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "#### 例: ファイルから OpenQASM 2プログラムをインポートする\n", "\n", "`load()` を使って、 OpenQASM 2 プログラムをファイルからインポートする。 QuantumCircuit:\n", "\n", "```python\n", "import qiskit.qasm2\n", "circuit = qiskit.qasm2.load(\"myfile.qasm\")\n", "```\n", "\n", "\n", "\n", "\n", "\n", "### OpenQASM 2つのゲートをQiskitゲートで接続\n", "\n", "デフォルトでは、Qiskitの OpenQASM 2インポータはインクルードファイル `\"qelib1.inc\"` を*事実上の*標準ライブラリとして扱います。\n", "インポーターはこのファイルを、 [OpenQASM 2を定義した元の論文に](https://arxiv.org/abs/1707.03429)記述されているゲートを正確に含むものとして扱う。\n", "Qiskitは[回路ライブラリの](../api/qiskit/circuit_library)組み込みゲートを使用して、 `\"qelib1.inc\"` のゲートを表現します。\n", "マニュアル OpenQASM 2 `gate` ステートメントによってプログラム内で定義されたゲートは、デフォルトでは、カスタム [Qiskit `Gate` サブクラスとして](../api/qiskit/qiskit.circuit.Gate)構築されます。\n", "\n", "インポーターに特定の [`Gate`](../api/qiskit/qiskit.circuit.Gate)`gate` を使うように指示できます。\n", "このメカニズムを使って、追加のゲート名を「ビルトイン」、つまり明示的な定義を必要としないものとして扱うこともできる。\n", "`\"qelib1.inc\"` の外部で、 `gate` ステートメントに使用するゲート・クラスを指定すると、通常、結果の回路はより効率的に動作します。\n", "\n", "\n", " Qiskit SDK v1.0 の時点で、Qiskitの OpenQASM\\* 2エクスポーター\\* （ [OpenQASM 2へのQiskit回路のエクスポートを](#qasm2-export)参照）は、依然として実際のゲート数よりも多いゲート数 `\"qelib1.inc\"` があるかのように動作します。\n", " これは、インポーターのデフォルト設定では、当社のインポーターでエクスポートされたプログラムをインポートできない可能性があることを意味します。\n", " この問題を解決[するためのレガシーエクスポーターの使用方法については、具体的な例を](#qasm2-import-legacy)参照してください。\n", "\n", " この矛盾はQiskitのレガシーな動作であり、 [Qiskitの後のリリースで解決される予定です](https://github.com/Qiskit/qiskit/issues/10737)。\n", "\n", "\n", "カスタム命令に関する情報を OpenQASM 2 インポータに渡すには、 [ `qasm2.CustomInstruction` クラスを](../api/qiskit/qasm2#qiskit.qasm2.CustomInstruction)使用します。\n", "これには4つの必須情報があり、順に説明する：\n", "\n", "* OpenQASM 2 プログラムで使用されるゲートの**名前**\n", "* ゲートが取る**角度パラメータの数**\n", "* ゲートが作用する**量子ビットの数**\n", "* Python ゲートの**コンストラクタ**クラスまたは関数。個々の引数としてゲートパラメータ（量子ビットは含まない）を取る\n", "\n", "インポーターは、指定されたカスタム命令と一致する `gate` 定義に遭遇した場合、そのカスタム情報を使用してゲート・オブジェクトを再構築する。\n", "カスタム命令の `name` と一致する `gate` ステートメントに遭遇したが、パラメータの数と量子ビットの数の両方と一致しない場合、インポーターは、提供された情報とプログラムとの不一致を示すために [`QASM2ParseError`](../api/qiskit/qasm2#qasm2parseerror)を発生させ、提供された情報とプログラムの不一致を示します。\n", "\n", "さらに、5番目の引数 `builtin` をオプションで `True` に設定すると、ゲートが明示的に定義されていなくても、 OpenQASM 2 プログラム内で自動的に利用できるようになる。\n", "インポーターが組み込みカスタム命令の明示的な `gate` 定義に遭遇した場合、それを黙って受け入れる。\n", "以前と同様、同じ名前の明示的な定義が、提供されたカスタム命令と互換性がない場合は [`QASM2ParseError`](../api/qiskit/qasm2#qasm2parseerror) が発生します。\n", "これは、古い OpenQASM 2 エクスポーターや、ハードウェアの「ベーシス・ゲート」を内蔵命令として扱う他の量子プラットフォームとの互換性を保つのに役立つ。\n", "\n", "Qiskit は、 [Qiskit の OpenQASM 2 エクスポート機能の](#qasm2-export)レガシーバージョンで作成された OpenQASM 2 プログラムを操作するためのデータ属性を提供します。\n", "これは [`qasm2.LEGACY_CUSTOM_INSTRUCTIONS`](../api/qiskit/qasm2#legacy-compatibility)の `custom_instructions` 引数として与えられる。 [`qasm2.load()`](../api/qiskit/qasm2#load) そして [`qasm2.loads()`](../api/qiskit/qasm2#loads).\n", "\n", "\n", "\n", "\n", "\n", "#### 例: Qiskitのレガシーエクスポーターで作成されたプログラムをインポートする\n", "\n", "この OpenQASM 2プログラムでは、 `\"qelib1.inc\"` のオリジナル・バージョンにはないゲートを宣言せずに使用しているが、Qiskitのライブラリには標準的なゲートである。\n", "を使用することができます。 [`qasm2.LEGACY_CUSTOM_INSTRUCTIONS`](../api/qiskit/qasm2#legacy-compatibility) を使うと、Qiskitの OpenQASM 2 エクスポーターが以前使っていたのと同じゲートのセットを使うように、インポーターに簡単に指示できます。\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 2, "id": "a4b52b96-1b2d-48bb-8aa4-bd413aa3acea", "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "from qiskit import qasm2\n", "\n", "program = \"\"\"\n", " OPENQASM 2.0;\n", " include \"qelib1.inc\";\n", "\n", " qreg q[4];\n", " creg c[4];\n", "\n", " h q[0];\n", " cx q[0], q[1];\n", "\n", " // 'rxx' is not actually in `qelib1.inc`,\n", " // but Qiskit used to behave as if it were.\n", " rxx(0.75) q[2], q[3];\n", "\n", " measure q -> c;\n", "\"\"\"\n", "circuit = qasm2.loads(\n", " program,\n", " custom_instructions=qasm2.LEGACY_CUSTOM_INSTRUCTIONS,\n", ")" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "0de0c75d-3890-4138-a994-e8dcf728d7f3", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "#### 例： OpenQASM 2プログラムをインポートする際に特定のゲートクラスを使用する\n", "\n", "Qiskitは一般的に、 OpenQASM 2 `gate` ステートメント内の定義がQiskit標準ライブラリゲートに正確に対応しているかどうかを検証することはできません。\n", "代わりにQiskitは、提供された正確な定義を使ってカスタムゲートを選択します。\n", "これは、内蔵の標準ゲートやユーザー定義のカスタムゲートを使うよりも効率が悪くなる可能性がある。\n", "`gate` ステートメントを特定のクラスで手動で定義することができます。\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 3, "id": "73432f4a-c5c1-4cec-ba5d-85ad4787ef52", "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "from qiskit import qasm2\n", "from qiskit.circuit import Gate\n", "from qiskit.circuit.library import RZXGate\n", "\n", "\n", "# Define a custom gate that takes one qubit and two angles.\n", "class MyGate(Gate):\n", " def __init__(self, theta, phi):\n", " super().__init__(\"my\", 1, [theta, phi])\n", "\n", "\n", "custom_instructions = [\n", " # Link the OpenQASM 2 name 'my' with our custom gate.\n", " qasm2.CustomInstruction(\"my\", 2, 1, MyGate),\n", " # Link the OpenQASM 2 name 'rzx' with Qiskit's\n", " # built-in RZXGate.\n", " qasm2.CustomInstruction(\"rzx\", 1, 2, RZXGate),\n", "]\n", "\n", "program = \"\"\"\n", " OPENQASM 2.0;\n", "\n", " gate my(theta, phi) q {\n", " U(theta / 2, phi, -theta / 2) q;\n", " }\n", " gate rzx(theta) a, b {\n", " // It doesn't matter what definition is\n", " // supplied, if the parameters match;\n", " // Qiskit will still use `RZXGate`.\n", " }\n", "\n", " qreg q[2];\n", " my(0.25, 0.125) q[0];\n", " rzx(pi) q[0], q[1];\n", "\"\"\"\n", "\n", "circuit = qasm2.loads(\n", " program,\n", " custom_instructions=custom_instructions,\n", ")" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "eb78c9cc-e600-4be0-8616-b9bc5ddad511", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "#### 例： OpenQASM 2プログラムで新しい組み込みゲートを定義する\n", "\n", "引数 `builtin=True` が設定されている場合、カスタム・ゲートは関連する定義を持つ必要はない。\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 4, "id": "c37eb527-bed0-4c62-8404-f79e49d42318", "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "from qiskit import qasm2\n", "from qiskit.circuit import Gate\n", "\n", "\n", "# Define a custom gate that takes one qubit and two angles.\n", "class MyGate(Gate):\n", " def __init__(self, theta, phi):\n", " super().__init__(\"my\", 1, [theta, phi])\n", "\n", "\n", "custom_instructions = [\n", " qasm2.CustomInstruction(\"my\", 2, 1, MyGate, builtin=True),\n", "]\n", "\n", "program = \"\"\"\n", " OPENQASM 2.0;\n", " qreg q[1];\n", "\n", " my(0.25, 0.125) q[0];\n", "\"\"\"\n", "\n", "circuit = qasm2.loads(\n", " program,\n", " custom_instructions=custom_instructions,\n", ")" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "4145ce48-0001-42e2-be5e-83c2e31f0fd9", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "\n", "\n", "### カスタムの古典関数を定義する\n", "\n", "OpenQASM 2には、ゲート引数で使用する古典的な関数がいくつか組み込まれている。\n", "の引数 `custom_classical` を使用することで、より多くの関数で言語を拡張することができる。 [`qasm2.load()`](../api/qiskit/qasm2#load) と [`qasm2.loads()`](../api/qiskit/qasm3#loads)引数を [`qasm2.CustomClassical`](../api/qiskit/qasm2#qiskit.qasm2.CustomClassical) クラスの引数で指定します。\n", "\n", "カスタム・クラシック関数を定義するには、以下のように指定する必要がある：\n", "\n", "* OpenQASM 2 プログラムに表示される関数*名*\n", "* 浮動小数点の引数の数\n", "* 関数を評価する、呼び出し可能な Python オブジェクト\n", "\n", "定義されたすべてのカスタム古典関数は、インポーターによって OpenQASM 2言語の組み込みとして扱われます。\n", "OpenQASM 2言語には、新しい関数を定義する公式な方法はありません。これはQiskitの拡張機能です。\n", "\n", "\n", "\n", "#### 例：カスタムの古典的命令を使用する\n", "\n", "ここでは、2つのカスタム・クラシック関数を提供する。\n", "最初は単純で、入力に1を加えるだけだ。\n", "2つ目は、四分円を意識した方法で数学演算 $\\arctan(y/x)$ を表す関数 `math.atan2`。\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 5, "id": "b135de19-4b54-4820-8f9d-84a42494debe", "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "import math\n", "from qiskit import qasm2\n", "\n", "program = \"\"\"\n", " include \"qelib1.inc\";\n", " qreg q[2];\n", " rx(arctan(pi, 3 + add_one(0.2))) q[0];\n", " cx q[0], q[1];\n", "\"\"\"\n", "\n", "\n", "def add_one(x):\n", " return x + 1\n", "\n", "\n", "customs = [\n", " # Our `add_one` takes only one parameter.\n", " qasm2.CustomClassical(\"add_one\", 1, add_one),\n", " # `arctan` takes two parameters, and `math.atan2` implements it.\n", " qasm2.CustomClassical(\"arctan\", 2, math.atan2),\n", "]\n", "circuit = qasm2.loads(program, custom_classical=customs)" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "4373999e-9df1-4078-ab83-d1c88a577aaf", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "\n", "\n", "### 厳密モード\n", "\n", "デフォルトでは、このパーサーは公式仕様よりも緩和されている。\n", "パラメータリストの末尾のカンマ、不要な（空の）ステートメントのセミコロン、 `OPENQASM 2.0;` バージョンステートメントの省略、その他いくつかの品質向上が、エラーを出さずにできるようになった。\n", "しかし、 `strict=True` で「letter-of-spec」モードを使うことができる。\n", "\n", "\n", "\n", "\n", "\n", "## Qiskit回路を OpenQASM にエクスポートする 2\n", "\n", "Qiskitは [`QuantumCircuit`](../api/qiskit/qiskit.circuit.QuantumCircuit) を OpenQASM 2。\n", "関数 [`qasm2.dump()`](../api/qiskit/qasm2#dump) を使ってファイルに書き込み [`qasm2.dumps()`](../api/qiskit/qasm2#dumps) 文字列への書き込みには\n", "これらの関数は現在、非常にシンプルなインターフェースを持っている。 [`qasm2.dump()`](../api/qiskit/qasm2#dump)の場合のみ、出力を書き込む場所を指定する。\n", "\n", "\n", " Qiskit の OpenQASM 2 エクスポーターは、レガシーな非標準バージョンの `\"qelib1.inc\"` インクルードファイルをまだ想定しています。\n", " [これはQiskitの後のリリースで解決される予定](https://github.com/Qiskit/qiskit/issues/10737)ですが、それまでの間、Qiskitで作成された OpenQASM 2プログラムを再インポートする必要がある場合は、 [インポーターにレガシーゲートについて伝える方法について上記の例を](#qasm2-import-legacy)使用してください。\n", "\n", "\n", "\n", "\n", "### 例: 回路を OpenQASM 2にエクスポートする\n", "\n" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 6, "id": "70f4d657-8be3-400d-a793-d36962a855ef", "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "from qiskit import QuantumCircuit, qasm2\n", "\n", "# Define any circuit.\n", "circuit = QuantumCircuit(2, 2)\n", "circuit.h(0)\n", "circuit.cx(0, 1)\n", "circuit.measure([0, 1], [0, 1])\n", "\n", "# Export to a string.\n", "program = qasm2.dumps(circuit)\n", "\n", "# Export to a file.\n", "qasm2.dump(circuit, \"my_file.qasm\")" ] }, { "cell_type": "markdown", "id": "1c0fd601-51ec-4d82-8821-20e0554a3662", "metadata": {}, "source": [ "\n", "\n", "## 次のステップ\n", "\n", "\n", " * [IBM Quantum Composer](/docs/guides/composer) ガイドで、 OpenQASM コードを生成する方法を学んでください。\n", " * [OpenQASM 2 Qiskit API](/docs/api/qiskit/qasm2) リファレンスを参照。\n", " * 「[プログラムの確認](/docs/guides/debugging-tools) 」のトピックを確認してください。\n", " * [OpenQASM ライブ仕様を](https://openqasm.com/)ご覧ください。\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 }