(一)QPanda 2量子逻辑门实例

QPanda 2是由本源量子开发的开源量子计算框架,它可以用于构建、运行和优化量子算法。QPanda 2作为本源量子计算系列软件的基础库,为QRunes、Qurator、量子计算服务提供核心部件。

QPanda 2的独特优势
1支持多种量子语言
QPanda 2可对接不同量子计算平台,并将编写的量子程序编译到不同量子计算平台所对应的量子语言,目前已支持QASM、QRunes、Quil等多种量子语言;
2工具丰富
QPanda 2可根据真实量子计算机的数据参数,提供量子线路优化/转换工具,方便用户探索NISQ装置上具有实用价值的量子算法;
3功能齐全
QPanda 2提供本地的部分振幅、单振幅、全振幅、含噪声量子虚拟机,并可直接连接到本源的量子云服务器,运行量子程序。

QPanda 2教程设置了五大章节:深入学习、工具组件、量子程序转换、算法组件、VQNet,每一章节在内容上都进行了具体地说明介绍以及实例展示。
除此之外,为了兼容高效与便捷,QPanda 2提供了C++ 和 Python两个版本,你可以进行下载并安装。

通过上述简单介绍,相信大家对QPanda 2已经有了整体的了解。接下来小编将为大家带来QPanda 2的首波干货——量子逻辑门。
量子逻辑门
经典计算中,最基本的单元是比特,而最基本的控制模式是逻辑门。我们可以通过逻辑门的组合来达到控制电路的目的。类似地,处理量子比特的方式就是量子逻辑门。使用量子逻辑门,可以有意识的使量子态发生演化,所以量子逻辑门是构成量子算法的基础。
量子逻辑门由酉矩阵表示。最常见的量子逻辑门在一个或两个量子位的空间上工作,就像常见的经典逻辑门在一个或两个量子位上操作一样。

常见量子逻辑门矩阵形式
单比特量子逻辑门:
(一)QPanda 2量子逻辑门实例_第1张图片
多比特量子逻辑门:
(一)QPanda 2量子逻辑门实例_第2张图片
QPanda 2将所有的量子逻辑门封装为API,提供用户使用,并可获得QGate类型的返回值。比如,你想要使用Hadamard门,可以通过如下方式获得:
QGate h = H(qubit);

从上可知,H函数只接收一个qubit,qubit如何申请会在接下来的全振幅量子虚拟机部分进行具体介绍。
再比如,你想要使用RX门,就可以通过如下方式获得:
QGate rx = RX(qubit,PI);

如上所示,RX门接收两个参数,第一个是目标量子比特,第二个偏转角度。你也可以通过相同的方式使用RY、RZ门。

两比特量子逻辑门的使用和单比特量子逻辑门的用法相似,只不过是输入的参数不同,举个使用CNOT的例子:
QGate cnot = CNOT(control_qubit,target_qubit);
CNOT门接收两个参数,第一个是控制比特,第二个是目标比特。

接口介绍
在教程开头小编已提到过,所有的量子逻辑门都是酉矩阵,那么你也可以对量子逻辑门做转置共轭操作。QGate类型有两个成员函数可以做转置共轭操作:dagger、setDagger。
setDagger的作用是根据输入参数更新当前量子逻辑门的dagger标记,在计算时后端会根据dagger判断当前量子逻辑门是否需要执行转置共轭操作。举个例子:
auto gate = H(qubit);
gate.setDagger(true);
注解
setDagger有一个布尔类型参数,用来设置当前逻辑门是否需要转置共轭操作。
dagger的作用是复制一份当前的量子逻辑门,并更新复制的量子逻辑门的dagger标记。举个例子:
QGate rx_dagger = RX(qubit,PI).dagger();
除了转置共轭操作,你也可以为量子逻辑门添加控制比特。添加控制比特后,当前量子逻辑门是否执行,需要根据控制比特的量子态决定。如果控制比特的量子态为|1>态时,当前量子逻辑门可被执行;如果控制比特的量子态为|0>时,当前量子逻辑门不会被执行。QGate类型有两个成员函数帮助您添加控制比特:control、setControl。
setControl的作用是给当前的量子逻辑门添加控制比特,例如:
auto gate = RX(qubit,PI)
gate.setControl(qvec);
control的作用是复制当前的量子逻辑门,并给复制的量子逻辑门添加控制比特,例如:
QGate rx_control = RX(qubit,PI).control(qvec);
注解
setControl、control都需要接收一个参数,参数类型为QVec,QVec是qubit的vector。
实例
以下实例主要展现的是QGate类型接口的使用方式。我们先使用init接口初始化一个量子虚拟机,向量子虚拟机申请3个量子比特,并把q[0],q[1]存放在一个量子比特容器中。接着,调用CreateEmptyQProg构建一个量子程序prog,然后我们可以通过 << 操作符把量子逻辑门插入到prog中。最后调用qprobRunTupleList概率测量运行接口,就可以得到计算结果了。
(一)QPanda 2量子逻辑门实例_第3张图片
计算结果如下:
000:0.5
010:0.5

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