噪声 -- NoiseModel, QuantumError, NoiseOpType

pyqpanda3 中噪声建模的 API 参考。噪声框架通过在量子操作上应用错误信道来模拟真实的量子硬件。

NoiseModel

管理模拟期间应用的量子错误和读出错误的集合。

签名

python

class NoiseModel:
    def __init__() -> None

方法

NoiseModel.is_enabled

python

is_enabled() -> bool

检查噪声模型是否包含任何错误。

NoiseModel.add_read_out_error

python

add_read_out_error(probs: list[list[float]], qubit: int) -> None

参数	类型	说明
probs	`list[list[float]]`	读出错误结果的概率
qubit	`int`	应用读出错误的量子比特索引

NoiseModel.add_all_qubit_read_out_error

python

add_all_qubit_read_out_error(probs: list[list[float]]) -> None

参数	类型	说明
probs	`list[list[float]]`	读出错误结果的概率

NoiseModel.add_quantum_error（指定量子比特）

python

add_quantum_error(error: QuantumError, gate_type: GateType, qubits: list[list[int]]) -> None
add_quantum_error(error: QuantumError, gate_types: list[GateType], qubits: list[list[int]]) -> None

参数	类型	说明
error	`QuantumError`	要添加的量子错误
gate_type(s)	`GateType` 或 `list[GateType]`	应用错误的门类型
qubits	`list[list[int]]`	应用错误的量子比特索引集合

NoiseModel.add_all_qubit_quantum_error

python

add_all_qubit_quantum_error(error: QuantumError, gate_type: GateType) -> None
add_all_qubit_quantum_error(error: QuantumError, gate_types: list[GateType]) -> None

参数	类型	说明
error	`QuantumError`	要添加的量子错误
gate_type(s)	`GateType` 或 `list[GateType]`	应用错误的门类型

示例

python

from pyqpanda3.core import (
    NoiseModel, QuantumError, GateType,
    pauli_x_error, depolarizing_error,
    CPUQVM, QProg, H, CNOT, measure
)

# 创建噪声模型
model = NoiseModel()

# 向所有 H 门添加单量子比特去极化噪声
model.add_all_qubit_quantum_error(depolarizing_error(0.01), GateType.H)

# 向所有 CNOT 门添加双量子比特泡利-X 噪声
model.add_all_qubit_quantum_error(pauli_x_error(0.02), GateType.CNOT)

# 含噪声运行
qvm = CPUQVM()
prog = QProg()
prog << H(0) << CNOT(0, 1) << measure(0, 0) << measure(1, 1)
qvm.run(prog, 1000, model)
print(qvm.result().get_counts())

QuantumError

表示量子错误信道，可以通过 Kraus 矩阵或泡利错误概率指定。

签名

python

class QuantumError:
    def __init__() -> None
    def __init__(kraus_matrices: list[numpy.ndarray]) -> None
    def __init__(pauli_probs: dict[str, float]) -> None

参数	类型	说明
kraus_matrices	`list[numpy.ndarray]`	Kraus 矩阵列表
pauli_probs	`dict[str, float]`	泡利错误标签和概率（例如 `{"X": 0.01}`）

方法

QuantumError.tensor

python

tensor(quantum_error: QuantumError) -> QuantumError

参数	类型	说明
quantum_error	`QuantumError`	要进行张量积操作的量子错误

与另一个量子错误进行张量积操作。

QuantumError.expand

python

expand(quantum_error: QuantumError) -> QuantumError

参数	类型	说明
quantum_error	`QuantumError`	要扩展的量子错误

将错误扩展到更大的量子比特系统。

QuantumError.compose

python

compose(quantum_error: QuantumError) -> QuantumError

参数	类型	说明
quantum_error	`QuantumError`	要组合的量子错误

将错误与另一个量子错误组合。

QuantumError.qubit_num

python

qubit_num() -> int

错误影响的量子比特数。

QuantumError.error_type

python

error_type() -> NoiseOpType

错误表示的类型（Kraus 矩阵或噪声线路）。

QuantumError.error_circuit

python

error_circuit(qubits: list[int]) -> QCircuit

参数	类型	说明
qubits	`list[int]`	应用错误线路的量子比特索引

错误的线路表示。

QuantumError.error_karus

python

error_karus(qubits: list[int]) -> Karus

参数	类型	说明
qubits	`list[int]`	获取 Kraus 矩阵的量子比特索引

错误的 Kraus 矩阵表示。

NoiseOpType

噪声操作表示类型的枚举。

值	说明
`KARUS_MATRIICES`	通过 Kraus 矩阵表示的错误
`NOISE`	通过噪声线路表示的错误

错误工厂函数

pauli_x_error

python

pauli_x_error(prob: float) -> QuantumError

参数	类型	说明
prob	`float`	泡利-X 错误的概率

创建单量子比特泡利-X（比特翻转）错误信道。以概率 $p$ 应用 $X$ 门。

E (ρ) = (1 - p) ρ + p X ρ X

pauli_y_error

python

pauli_y_error(prob: float) -> QuantumError

创建泡利-Y（比特相位翻转）错误信道。

E (ρ) = (1 - p) ρ + p Y ρ Y

pauli_z_error

python

pauli_z_error(prob: float) -> QuantumError

创建泡利-Z（相位翻转）错误信道。

E (ρ) = (1 - p) ρ + p Z ρ Z

depolarizing_error

python

depolarizing_error(prob: float) -> QuantumError

创建去极化错误信道。以概率 $p$ 将状态替换为最大混合态 $I / 2$ 。

E (ρ) = (1 - p) ρ + p \frac{I}{2}

amplitude_damping_error

python

amplitude_damping_error(prob: float) -> QuantumError

创建振幅阻尼（T1 弛豫）错误信道，模拟能量耗散。

E (ρ) = E_{0} ρ E_{0}^{†} + E_{1} ρ E_{1}^{†}

其中 $E_{0} = [\begin{matrix} 1 & 0 \\ 0 & \sqrt{1 - γ} \end{matrix}]$ ， $E_{1} = [\begin{matrix} 0 & \sqrt{γ} \\ 0 & 0 \end{matrix}]$ 。

phase_damping_error

python

phase_damping_error(prob: float) -> QuantumError

创建相位阻尼（T2 去相位）错误信道，模拟相位相干性的损失。

E (ρ) = [\begin{matrix} ρ_{00} & (1 - λ) ρ_{01} \\ (1 - λ) ρ_{10} & ρ_{11} \end{matrix}]

decoherence_error

python

decoherence_error(T1: float, T2: float, time_param: float) -> QuantumError

参数	类型	说明
T1	`float`	T1（振幅阻尼）弛豫时间
T2	`float`	T2（相位阻尼）去相位时间
time_param	`float`	门操作时间

创建组合退相干错误，同时模拟 T1（振幅阻尼）和 T2（相位阻尼）过程。

另见

模拟器 -- 含噪声量子模拟器
枚举 -- 用于指定门类型的 GateType
线路 -- QCircuit 和 QProg

噪声 -- NoiseModel, QuantumError, NoiseOpType ​

NoiseModel ​

签名 ​

方法 ​

NoiseModel.is_enabled ​

NoiseModel.add_read_out_error ​

NoiseModel.add_all_qubit_read_out_error ​

NoiseModel.add_quantum_error（指定量子比特） ​

NoiseModel.add_all_qubit_quantum_error ​

示例 ​

QuantumError ​

签名 ​

方法 ​

QuantumError.tensor ​

QuantumError.expand ​

QuantumError.compose ​

QuantumError.qubit_num ​

QuantumError.error_type ​

QuantumError.error_circuit ​

QuantumError.error_karus ​

NoiseOpType ​

错误工厂函数 ​

pauli_x_error ​

pauli_y_error ​

pauli_z_error ​

depolarizing_error ​

amplitude_damping_error ​

phase_damping_error ​

decoherence_error ​

另见 ​

噪声 -- NoiseModel, QuantumError, NoiseOpType

NoiseModel

签名

方法

NoiseModel.is_enabled

NoiseModel.add_read_out_error

NoiseModel.add_all_qubit_read_out_error

NoiseModel.add_quantum_error（指定量子比特）

NoiseModel.add_all_qubit_quantum_error

示例

QuantumError

签名

方法

QuantumError.tensor

QuantumError.expand

QuantumError.compose

QuantumError.qubit_num

QuantumError.error_type

QuantumError.error_circuit

QuantumError.error_karus

NoiseOpType

错误工厂函数

pauli_x_error

pauli_y_error

pauli_z_error

depolarizing_error

amplitude_damping_error

phase_damping_error

decoherence_error

另见