首先介紹一個最基本的使用方法，就是使用ProjectQ來打印量子算法中所輸入的量子門操作，這里使用到了ProjectQ中的DummyEngine后端用于保存操作的指令。比如最簡單的一個Bell State的制備，可以通過如下代碼實(shí)現(xiàn)，并且打印出所保存的基本操作：

from projectq import MainEnginefrom projectq.cengines import DummyEnginefrom projectq.ops import H, CX, All, Measurebackend = DummyEngine(save_commands=True)eng = MainEngine(backend=backend)qureg = eng.allocate_qureg(2)H | qureg[0]CX | (qureg[0], qureg[1])All(Measure) | quregeng.flush(deallocate_qubits=True)for cmd in backend.received_commands: print (cmd)

運(yùn)行結(jié)果如下：

Allocate | Qureg[0]H | Qureg[0]Allocate | Qureg[1]CX | ( Qureg[0], Qureg[1] )Measure | Qureg[0]Measure | Qureg[1]Deallocate | Qureg[0]Deallocate | Qureg[1]

這里有一點(diǎn)需要注意的是，如果是單次運(yùn)算，我們到Measure就可以結(jié)束了。但是如果同一個線程的任務(wù)還沒有結(jié)束的話，需要在Measure之后加上一個deallocate_qubits=True的配置項(xiàng)，用于解除當(dāng)前分配的量子比特所占用的內(nèi)存。

在量子算法的實(shí)現(xiàn)中，我們可以用一些函數(shù)或者類來封裝一部分的量子算法操作指令，但是這可能會導(dǎo)致一個問題，那就是在ProjectQ上打印出來的操作指令沒有把封裝的模塊的內(nèi)容輸出出來，比如如下的案例：

from projectq import MainEnginefrom projectq.cengines import DummyEnginefrom projectq.ops import H, CX, All, Measure, TimeEvolution, QubitOperatorbackend = DummyEngine(save_commands=True)eng = MainEngine(backend=backend)qureg = eng.allocate_qureg(3)H | qureg[0]CX | (qureg[0], qureg[1])TimeEvolution(1, QubitOperator(’X2 X1’)) | quregAll(Measure) | quregeng.flush()for cmd in backend.received_commands: print (cmd)

執(zhí)行結(jié)果如下：

Allocate | Qureg[0]H | Qureg[0]Allocate | Qureg[1]CX | ( Qureg[0], Qureg[1] )Measure | Qureg[0]Allocate | Qureg[2]exp(-1j * (1.0 X0 X1)) | Qureg[1-2]Measure | Qureg[1]Measure | Qureg[2]

我們發(fā)現(xiàn)這里的含時演化的操作算符沒有被分解，而是直接打印輸出了出來。但是如果在硬件系統(tǒng)中，只能夠識別支持的指令操作，這里的含時演化操作可能并未在量子硬件體系中被實(shí)現(xiàn)，因此我們就需要在將指令發(fā)送給量子硬件之前，就對其進(jìn)行分解。

這里我們直接調(diào)用ProjectQ的配置中的restrictedgateset方法進(jìn)行操作分解，我們將單比特門操作的范圍放寬到所有的操作，但是雙比特操作只允許CX操作，并將這個配置作為engin_list配置到ProjectQ的MainEngine中：

from projectq import MainEnginefrom projectq.cengines import DummyEnginefrom projectq.ops import H, CX, All, Measure, TimeEvolution, QubitOperatorfrom projectq.setups import restrictedgatesetengine_list = restrictedgateset.get_engine_list(one_qubit_gates='any',two_qubit_gates=(CX,))backend = DummyEngine(save_commands=True)eng = MainEngine(backend=backend,engine_list=engine_list)qureg = eng.allocate_qureg(3)H | qureg[0]CX | (qureg[0], qureg[1])TimeEvolution(1, QubitOperator(’X2 X1’)) | quregAll(Measure) | quregeng.flush(deallocate_qubits=True)for cmd in backend.received_commands: print (cmd)

打印輸出的結(jié)果如下：

Allocate | Qureg[0]H | Qureg[0]Allocate | Qureg[1]CX | ( Qureg[0], Qureg[1] )Measure | Qureg[0]Allocate | Qureg[2]H | Qureg[2]H | Qureg[1]CX | ( Qureg[1], Qureg[2] )Rz(2.0) | Qureg[2]CX | ( Qureg[1], Qureg[2] )H | Qureg[1]Measure | Qureg[1]H | Qureg[2]Measure | Qureg[2]Deallocate | Qureg[0]Deallocate | Qureg[1]Deallocate | Qureg[2]

可以看到含時演化算符已經(jīng)被分解并輸出了出來。由于已知單比特量子門加上一個CX是一個完備的量子門集合，因此一般我們可以直接使用這個集合來進(jìn)行量子門操作指令集的限制。

QFT是ProjectQ中所自帶支持的量子傅里葉變換的量子門操作封裝，跟上一個章節(jié)中所介紹的含時演化算符類似的，我們可以用restrictedgateset來具體分解QFT算符：

from projectq import MainEnginefrom projectq.cengines import DummyEnginefrom projectq.ops import H, CX, All, Measure, TimeEvolution, QubitOperator, QFTfrom projectq.setups import restrictedgatesetengine_list = restrictedgateset.get_engine_list(one_qubit_gates='any',two_qubit_gates=(CX,))backend = DummyEngine(save_commands=True)eng = MainEngine(backend=backend,engine_list=engine_list)qureg = eng.allocate_qureg(3)H | qureg[0]CX | (qureg[0], qureg[1])QFT | quregAll(Measure) | quregeng.flush(deallocate_qubits=True)for cmd in backend.received_commands: print (cmd)

輸出的結(jié)果如下：

Allocate | Qureg[2]Allocate | Qureg[1]H | Qureg[2]Rz(0.785398163398) | Qureg[2]Allocate | Qureg[0]H | Qureg[0]CX | ( Qureg[0], Qureg[1] )R(0.785398163398) | Qureg[1]CX | ( Qureg[1], Qureg[2] )Rz(11.780972450962) | Qureg[2]CX | ( Qureg[1], Qureg[2] )R(0.392699081698) | Qureg[0]Rz(0.392699081698) | Qureg[2]CX | ( Qureg[0], Qureg[2] )H | Qureg[1]Rz(12.173671532661) | Qureg[2]CX | ( Qureg[0], Qureg[2] )R(0.785398163398) | Qureg[0]Rz(0.785398163398) | Qureg[1]CX | ( Qureg[0], Qureg[1] )Rz(11.780972450962) | Qureg[1]CX | ( Qureg[0], Qureg[1] )H | Qureg[0]Measure | Qureg[0]Measure | Qureg[1]Measure | Qureg[2]Deallocate | Qureg[1]Deallocate | Qureg[2]Deallocate | Qureg[0]

如果2比特門操作也不加以限制的化，ProjectQ中會自動選取最簡易的分解形式：

from projectq import MainEnginefrom projectq.cengines import DummyEnginefrom projectq.ops import H, CX, All, Measure, TimeEvolution, QubitOperator, QFTfrom projectq.setups import restrictedgatesetengine_list = restrictedgateset.get_engine_list(one_qubit_gates='any',two_qubit_gates='any')backend = DummyEngine(save_commands=True)eng = MainEngine(backend=backend,engine_list=engine_list)qureg = eng.allocate_qureg(3)H | qureg[0]CX | (qureg[0], qureg[1])QFT | quregAll(Measure) | quregeng.flush(deallocate_qubits=True)for cmd in backend.received_commands: print (cmd)

輸出結(jié)果如下：

Allocate | Qureg[0]Allocate | Qureg[1]H | Qureg[0]CX | ( Qureg[0], Qureg[1] )Allocate | Qureg[2]H | Qureg[2]CR(1.570796326795) | ( Qureg[1], Qureg[2] )CR(0.785398163397) | ( Qureg[0], Qureg[2] )H | Qureg[1]CR(1.570796326795) | ( Qureg[0], Qureg[1] )H | Qureg[0]Measure | Qureg[0]Measure | Qureg[1]Measure | Qureg[2]Deallocate | Qureg[1]Deallocate | Qureg[2]Deallocate | Qureg[0]

可以發(fā)現(xiàn)使用了CR來替代CX之后，分解出來的線路會更加的簡短。

本文主要從工程實(shí)現(xiàn)的角度，講解在ProjectQ開源量子計算模擬器框架中，實(shí)現(xiàn)量子門操作分解與輸出的方法。通過這個方法，可以限制量子指令集的范圍，將量子算法中不被支持的量子門操作等價（或近似地）變化到量子硬件體系所支持的量子指令集上。

以上就是python使用ProjectQ生成量子算法指令集的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于python 用ProjectQ生成算法指令集的資料請關(guān)注好吧啦網(wǎng)其它相關(guān)文章！