随机线路生成

随机线路生成和量子基准测试工具的 API 参考。

random_qcircuit

生成具有指定量子比特、深度和门类型的随机量子线路。

签名

random_qcircuit(qubits: list[int], depth: int, gate_type: list[str]) -> QCircuit

参数

参数	类型	说明
qubits	list[int]	线路中包含的量子比特索引列表
depth	int	线路的深度（门层数）
gate_type	list[str]	用于生成的门类型字符串列表，例如 ["H", "CNOT"]

返回

QCircuit — 随机生成的量子线路。

示例

from pyqpanda3.core import random_qcircuit

# 在量子比特 [0, 1, 2] 上生成一个深度为 5、使用 H 和 CNOT 门的随机线路
circ = random_qcircuit([0, 1, 2], 5, ["H", "CNOT"])
print(f"Circuit depth: {circ.depth()}")
print(f"Gate count: {circ.count_ops()}")

QV — 量子体积基准测试

生成给定配置的量子体积（QV, Quantum Volume）基准测试线路。

签名

QV(num_qubit: int, depth: int, seed: int) -> QCircuit

参数

参数	类型	说明
num_qubit	int	QV 测试的量子比特数
depth	int	线路的深度（层数）
seed	int	用于可重复性的随机种子

返回

QCircuit — 量子体积基准测试线路。

示例

from pyqpanda3.core import QV

# 计算 4 量子比特、深度 4 线路的量子体积
qv = QV(num_qubit=4, depth=4, seed=42)
print(f"Quantum Volume: {qv}")

数学背景

量子体积是一个单一数值指标，用于衡量量子处理器的整体能力。它考虑了量子比特数、门保真度、连接性和软件性能。QV 协议运行宽度为 $n$、深度为 $d=n$ 的随机线路，检查重输出概率是否超过 $2/3$。

$$QV=2^{min(n,d)}$$

其中 $n$ 是重输出测试通过的最大量子比特数。

direct_twirl

对量子程序执行直接旋转（随机编译），将其分解为随机泡利帧序列。

签名

direct_twirl(
    input_circ: QProg,
    twirled_gate: str = "CNOT",
    seed: int = 0
) -> QProg

参数

参数	类型	说明
input_circ	QProg	要旋转的输入量子程序
twirled_gate	str	用于旋转的门类型（默认 "CNOT"）。支持："CNOT"、"CZ"
seed	int	随机种子（默认 0）

返回

QProg — 旋转后的量子程序。

示例

from pyqpanda3.core import H, CNOT, direct_twirl, QProg

# 构建简单程序
prog = QProg()
prog << H(0) << CNOT(0, 1)

# 应用直接旋转
twirled = direct_twirl(prog, "CNOT", 42)
print(f"Original gates: {prog.count_ops()}")
print(f"Twirled gates: {twirled.count_ops()}")

数学背景

旋转通过用随机泡利算符共轭将一般量子信道转换为泡利信道。对于信道 $\mathcal{E}$：

$${\mathcal{E}}_T(\rho )=\frac{1}{4^n}\sum _{P\in \{I,X,Y,Z{\}}^n}P\mathcal{E}(P\rho P)P$$

这简化了错误表征并支持错误缓解技术。

另见

• 线路 — QCircuit 类
• 程序 — QProg 类
• 量子门 — GateType 枚举
• 模拟器 — 量子模拟器