Biblioteca de circuitos

QkCircuit *qk_circuit_library_iqp(uint32_t num_qubits, const int64_t *interactions, bool check_input)

Gerar um circuito de polinômio quântico instantâneo (IQP) a partir de uma matriz de interação inteira.

A interactions matriz é interpretada como uma matriz n × n orientada por linhas de inteiros de 64 bits, onde n = num_qubits. Os elementos diagonais definem potências de fase do tipo T, e o triângulo superior codifica interações CPhase de dois qubits.

Segurança

Se num_qubits > 0, interactions deve ser um ponteiro válido e diferente de nulo para pelo menos valores num_qubits * num_qubits int64_t contíguos na ordem de prioridade de linha. A memória apontada por interactions deve estar devidamente alinhada, ser legível durante toda a duração desta chamada e não ter aliases mutáveis. Passar um ponteiro inválido ou um buffer muito pequeno resulta em comportamento indefinido.

Parâmetros

• num_qubits – Número de qubits lógicos (n). Deve corresponder à dimensão da interactions matriz.
• interações – Ponteiro para uma matriz n × n com disposição por linhas do tipo int64_t. Só pode ser NULL se num_qubits == 0.
• check_input – Quando truechamada, esta função verifica se a matriz é simétrica e retorna NULL caso não seja. Nesse caso false, não é realizada nenhuma validação adicional.

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Uma matriz recém-alocada QkCircuit* em caso de sucesso (o chamador deve liberá-la com qk_circuit_free), ou NULL se num_qubits > 0 e interactions for NULL, ou se check_input for true e a matriz não for simétrica.

QkCircuit *qk_circuit_library_random_iqp(uint32_t num_qubits, int64_t seed)

Gerar um circuito aleatório de polinômio quântico instantâneo (IQP).

Isso cria internamente uma matriz de interação inteira simétrica aleatória e a utiliza para construir um circuito IQP, espelhando o construtor qiskit.circuit.library.IQP Python.

Parâmetros

• num_qubits – Número de qubits.
• semente – semente do RNG. Se for negativo, a entropia é obtida do sistema operacional; caso contrário, o valor fornecido é usado como semente determinística.

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Uma variável recém-alocada QkCircuit* (o chamador deve liberá-la com qk_circuit_free).

void qk_pauli_product_rotation_clear(QkPauliProductRotation *inst)

Limpar os dados internos dos arquivos alocados pelo Rust QkPauliProductRotation.

Isso libera a memória das matrizes z``x e e libera o angle. Essa função só deve ser chamada para QkPauliProductRotation objetos cujos dados tenham sido preenchidos pelo Rust.

Exemplo

// let `circuit` be a QkCircuit* and `index` a size_t at the position of a QkPauliProductRotation
QkPauliProductRotation inst;

// query the QkPauliProductRotation data
assert(qk_circuit_operation_kind(circuit, index) == QkOperationKind_PauliProductRotation);
qk_circuit_inst_pauli_product_rotation(circuit, index, &inst);

// do something with `inst`, and then clear the Rust-allocated data
qk_pauli_product_rotation_clear(&inst);

Por outro lado, essa função não deve ser chamada se o C já se encarregar de limpar os dados.

bool z[4] = {false, false, true, true};
bool x[4] = {false, true, true, false};
QkParam *angle = qk_param_from_double(1.0);
QkPauliProductRotation rotation = {z, x, 4, angle};

// since this data is allocated by C, we do not call `qk_pauli_product_rotation_clear(&rotation)`!
qk_param_free(angle);

Segurança

O comportamento é indefinido se não inst for um ponteiro válido e diferente de nulo para um QkPauliProductRotation, ou se os dados internos de QkPauliProductRotation estiverem incoerentes.

Parâmetros

• inst – Um ponteiro para o elemento QkPauliProductRotation a ser apagado.

void qk_pauli_product_measurement_clear(QkPauliProductMeasurement *inst)

Limpar os dados internos dos arquivos alocados pelo Rust QkPauliProductMeasurement.

Isso libera a memória das matrizes z``x e. Essa função só deve ser chamada para QkPauliProductMeasurement objetos cujos dados tenham sido preenchidos pelo Rust.

Exemplo

// let `circuit` be a QkCircuit* and `index` a size_t at the position
// of a QkPauliProductMeasurement
QkPauliProductMeasurement inst;

// query the QkPauliProductMeasurement data
assert(qk_circuit_operation_kind(circuit, index) == QkOperationKind_PauliProductMeasurement);
qk_circuit_inst_pauli_product_measurement(circuit, index, &inst);

// do something with `inst`, and then clear the Rust-allocated data
qk_pauli_product_measurement_clear(&inst);

Por outro lado, essa função não deve ser chamada se o C já se encarregar de limpar os dados.

bool z[4] = {false, false, true, true};
bool x[4] = {false, true, true, false};
QkPauliProductMeasurement inst = {z, x, 4, true};

// since this data is allocated by C, we do not call `qk_pauli_product_measurement_clear(&inst)`

Segurança

O comportamento é indefinido se não inst for um ponteiro válido e diferente de nulo para um QkPauliProductMeasurement, ou se os dados internos de QkPauliProductMeasurement estiverem incoerentes.

Parâmetros

• inst – Um ponteiro para o elemento QkPauliProductMeasurement a ser apagado.

QkCircuit *qk_circuit_library_quantum_volume(uint32_t num_qubits, size_t depth, int64_t seed)

Gerar um circuito modelo Quantum Volume

Os circuitos modelo são instâncias aleatórias de circuitos usados para medir a métrica do Volume Quântico, conforme apresentado em [1]. Os circuitos modelo consistem em camadas de elementos aleatórios de Haar de SU(4) aplicados entre pares correspondentes de qubits em uma bipartição aleatória.

Esta função é multithreaded e iniciará um pool de threads com threads iguais ao número de CPUs por padrão. Você pode ajustar o número de threads com a variável de ambiente RAYON_NUM_THREADS. Por exemplo, definir RAYON_NUM_THREADS=4 limitaria o pool de threads a 4 threads.

[1] A. Cross e outros. Validação de computadores quânticos usando circuitos de modelos aleatórios, Phys. Rev. A 100, 032328 (2019). arXiv:1811.12926

Exemplo

QkCircuit *qc = qk_circuit_library_quantum_volume(10, 10, -1)

Parâmetros

• num_qubits – O número de qubits a ser usado para o circuito gerado.
• profundidade – O número de camadas do circuito gerado.
• semente – Uma semente RNG usada para gerar as matrizes SU(4) aleatórias usadas no circuito de saída. Se o número fornecido for negativo, a semente utilizada será obtida a partir da entropia do sistema.

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Um indicador para o circuito de volume quântico.

QkCircuit *qk_circuit_library_suzuki_trotter(const QkObs *op, uint32_t order, uint32_t reps, double time, bool preserve_order, bool insert_barriers)

Gerar um circuito utilizando a fórmula do produto de Suzuki-Trotter de ordem superior a partir de uma observável.

As fórmulas de Suzuki-Trotter melhoram o erro da aproximação de Lie-Trotter. Nesta implementação, os operadores são apresentados como termos de soma de um operador de Pauli. As decomposições de ordem superior baseiam-se em recursões; ver Ref. [1] para mais detalhes.

Exemplo

QkObs *obs = qk_obs_zero(1);

QkBitTerm op1_bits[1] = {QkBitTerm_X};
QkObsTerm term1 = {(QkComplex64){1.0, 0.0}, 1, op1_bits, (uint32_t[1]){0}, 1};
qk_obs_add_term(obs, &term1);

QkBitTerm op2_bits[1] = {QkBitTerm_Y};
QkObsTerm term2 = {(QkComplex64){1.0, 0.0}, 1, op2_bits, (uint32_t[1]){0}, 1};
qk_obs_add_term(obs, &term2);

QkCircuit *qc = qk_circuit_library_suzuki_trotter(obs, 2, 1, 0.1, true, false);

qk_obs_free(obs);
qk_circuit_free(qc);

Segurança

O comportamento é indefinido; não op é um ponteiro válido e diferente de nulo para um QkObs.

Referências

[1] : D. Berry, G., Ahokas, R., Cleve e B. Sanders, “Algoritmos quânticos eficientes para simular hamiltonianos esparsos” (2006). arXiv:quant-ph/0508139

[2] : N. Hatano e M. Suzuki, “Encontrando fórmulas de produtos exponenciais de ordens superiores” (2005). arXiv:math-ph/0506007

Parâmetros

• op – O QkObs que contém a soma dos termos de Pauli.
• ordem – A ordem da fórmula do produto.
• reps – O número de intervalos de tempo.
• tempo – O tempo de evolução.
• preserve_order – Se ativado false, permite reordenar os termos do operador para, potencialmente, gerar um circuito de evolução mais simples. Não é relevante ao sintetizar um observável com um único termo.
• insert_barriers – Se deve inserir separadores entre as evoluções dos termos.

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Um ponteiro para o circuito gerado.