动态线路 -- qif, qwhile

pyqpanda3 中动态线路控制流的 API 参考。动态线路支持线路中间测量和经典前馈，在量子程序中实现条件执行和循环构造。

概述

pyqpanda3 提供流式构建器 API 用于构建动态量子程序。两个入口函数是 qif() 和 qwhile()，它们产生构建器对象，通过 << 运算符追加到 QProg。

构建器链总结：

入口	下一个方法	用途
qif(cbits)	.then(prog)	开始 if 分支
QIfThen	.qendif()	无 else 结束
QIfThen	.qelse(prog)	添加 else 分支并结束
QIfThen	.qelseif(cbits)	添加另一个条件分支
QElseif	.then(prog)	绑定 elseif 体
QElseifThen	.qendif()	无更多分支结束
QElseifThen	.qelse(prog)	添加 else 分支并结束
QElseifThen	.qelseif(cbits)	链接另一个 elseif
qwhile(cbits)	.loop(prog)	绑定循环体

---

qif

创建条件分支构建器，检查所有指定经典比特是否为 1。

签名

qif(cbits: list[int]) -> QIf

参数

参数	类型	说明
cbits	list[int]	其值被评估为条件的经典比特地址。当所有指定 cbits 为 1 时条件为真。

返回

一个 QIf 构建器对象。对其调用 .then() 来指定 if 分支体。

---

QIf

由 qif() 返回的构建器。使用 .then() 绑定分支子程序。

签名

class QIf:
    def then(branch_qprog: QProg) -> QIfThen

参数

参数	类型	说明
branch_qprog	QProg	条件为真时执行的量子程序。

返回

用于链接更多分支或完成构建的 QIfThen 构建器。

---

QIfThen

由 QIf.then() 返回的构建器。支持添加 else 分支、elseif 分支或完成构建。

方法

QIfThen.qelse

QIfThen.qelse(branch_qprog: QProg) -> QProg

添加 else 分支并返回完成的 QProg。

参数	类型	说明
branch_qprog	QProg	没有先前条件匹配时执行的量子程序。

QIfThen.qelseif

QIfThen.qelseif(cbits: list[int]) -> QElseif

在 if 分支后添加额外的条件分支。

参数	类型	说明
cbits	list[int]	新条件的经典比特地址。

QIfThen.qendif

QIfThen.qendif() -> QProg

无 else 分支结束 if 构造，返回完成的 QProg。

---

QElseif

qif 链中额外条件分支的构建器。

签名

class QElseif:
    def then(branch_qprog: QProg) -> QElseifThen

参数

参数	类型	说明
branch_qprog	QProg	此 elseif 条件为真时执行的量子程序。

返回

用于链接更多分支或完成构建的 QElseifThen 构建器。

---

QElseifThen

由 QElseif.then() 返回的构建器。支持添加更多 else、elseif 或结束构造。

方法

QElseifThen.qelse

QElseifThen.qelse(branch_qprog: QProg) -> QProg

添加 else 分支并返回完成的 QProg。

参数	类型	说明
branch_qprog	QProg	没有先前条件匹配时执行的量子程序。

QElseifThen.qelseif

QElseifThen.qelseif(cbits: list[int]) -> QElseif

链接另一个 elseif 条件。

参数	类型	说明
cbits	list[int]	新条件的经典比特地址。

QElseifThen.qendif

QElseifThen.qendif() -> QProg

无 else 分支结束构造，返回完成的 QProg。

---

qwhile

创建循环构建器，在所有指定经典比特为 1 时重复执行循环体。

签名

qwhile(cbits: list[int]) -> QWhile

参数

参数	类型	说明
cbits	list[int]	每次迭代前评估的经典比特地址。当所有指定 cbits 为 1 时循环继续。

返回

一个 QWhile 构建器对象。对其调用 .loop() 来绑定循环体。

---

QWhile

由 qwhile() 返回的构建器。使用 .loop() 绑定循环体。

签名

class QWhile:
    def loop(loop_body: QProg) -> QProg

参数

参数	类型	说明
loop_body	QProg	每次迭代执行的量子程序。

返回

包含 while 循环构造的完成的 QProg。

---

示例

带线路中间测量的简单 if 分支

测量量子比特 0 到经典比特 0，然后条件性地对量子比特 1 应用 X 门。

from pyqpanda3.core import QProg, X, measure, qif

prog = QProg()
prog << X(0) << measure(0, 0)

if_branch = QProg()
if_branch << X(1)

prog << qif([0]).then(if_branch).qendif()

运行结果：

          ┌─┐           ┌─┐            
q_0:  |0>─┤X├───────── ─┤M├── ──────── 
          ├─┴────────   └╥┼─┐ ───────┐ 
q_1:  |0>─┤1 QIF     ─ ──╫┤X├  QENDIF├ 
          └╥─────────    ║└─┘ ───────┘ 
 c :   / ══╩═════════════╩════════════
           0:All 0b1      0

if-else 分支

from pyqpanda3.core import QProg, X, measure, qif

prog = QProg()
prog << X(0) << measure(0, 0)

if_branch = QProg()
if_branch << X(1)

else_branch = QProg()
else_branch << X(2)

prog << qif([0]).then(if_branch).qelse(else_branch)

运行结果：

          ┌─┐           ┌─┐                          
q_0:  |0>─┤X├───────── ─┤M├── ───────── ─── ──────── 
          ├─┴────────   └╥┼─┐ ┌────────     ───────┐ 
q_1:  |0>─┤1 QIF     ─ ──╫┤X├ ┤1 QELSE  ───  QENDIF├ 
          ┤              ║└─┘ ┤         ┌─┐        ├ 
q_2:  |0>─┤2         ─ ──╫─── ┤2        ┤X├        ├ 
          └╥─────────    ║    └──────── └─┘ ───────┘ 
 c :   / ══╩═════════════╩══════════════════════════
           0:All 0b1      0

带 elseif 的多分支

from pyqpanda3.core import QProg, X, I, CNOT, measure, qif

prog = QProg()
prog << X(0) << I(1) << I(2) << I(3) << measure(0, 0) << measure(3, 3)

branch1 = QProg()
branch1 << X(1)

branch2 = QProg()
branch2 << X(0)

branch3 = QProg()
branch3 << X(2)

else_branch = QProg()
else_branch << CNOT(0, 1)

(prog << qif([0]).then(branch1)
        .qelseif([3]).then(branch2)
        .qelseif([0, 3]).then(branch3)
        .qelse(else_branch)
)

运行结果：

          ┌─┐  ┌─┐     ┌──────────      ┌──────────  ┌─┐ ┌────────────      ┌────────        ───────┐ 
q_0:  |0>─┤X├ ─┤M├──── ┤0 QIF     ─ ─── ┤0 QELSEIF ─ ┤X├ ┤0 QELSEIF   ─ ─── ┤0 QELSE  ───*──  QENDIF├ 
          ├─┤  └╥┘     ┤            ┌─┐ ┤            └─┘ ┤                  ┤         ┌──┴─┐        ├ 
q_1:  |0>─┤I├ ──╫───── ┤1         ─ ┤X├ ┤1         ─ ─── ┤1           ─ ─── ┤1        ┤CNOT├        ├ 
          ├─┤   ║      ┤            └─┘ ┤                ┤              ┌─┐ ┤         └────┘        ├ 
q_2:  |0>─┤I├ ──╫───── ┤2         ─ ─── ┤2         ─ ─── ┤2           ─ ┤X├ ┤2        ──────        ├ 
          ├─┤   ║  ┌─┐ └╥─────────      └╥─────────      └╥───────────  └─┘ └────────        ───────┘ 
q_3:  |0>─┤I├ ──╫──┤M├ ─║────────── ─── ─║────────── ─── ─║──────────── ─── ───────── ────── ──────── 
          └─┘   ║  └╥┘  ║                ║                ║                                           
 c :   / ═══════╩═══╩═══╩════════════════╩════════════════╩══════════════════════════════════════════
                 0   3  0:All 0b1        3:All 0b1        0,3:All 0b1

带线路中间测量的 while 循环

from pyqpanda3.core import QProg, X, measure, qwhile

prog = QProg()
prog << X(0) << measure(0, 0)

loop_body = QProg()
loop_body << X(1) << X(0) << measure(0, 0)

prog << qwhile([0]).loop(loop_body)

运行结果：

          ┌─┐  ┌─┐ 
q_0:  |0>─┤X├ ─┤M├ 
          └─┘  └╥┘ 
q_1:  |0>──── ──╫─ 
                ║  
 c :   / ═══════╩═
                 0

另见

• QProg
• 测量