StateVector

表示为 $2^n$ 维复列向量的纯量子态，其中 $n$ 是量子比特数。每个元素对应一个计算基态的概率振幅。

态矢量 $|\psi ⟩$ 必须满足归一化条件：

$$⟨\psi |\psi ⟩=\sum _i|{\psi }_i{|}^2=1$$

构造函数

默认构造函数

StateVector()

构造 $|0⟩$ 态的单量子比特系统的态矢量：$[1+0j,0+0j]$。

拷贝构造函数

StateVector(other: StateVector)

作为另一个 StateVector 的拷贝构造 StateVector。

参数	类型	说明
other	StateVector	要拷贝的现有 StateVector。

从字典构造

StateVector(data: dict[int, complex])

从将基态索引映射到复振幅的字典构造态矢量。字典中不存在的索引被设置为零。矢量会自动归一化为单位长度。

参数	类型	说明
data	dict[int, complex]	从基态索引到振幅的映射。

从复数数组构造

StateVector(data: list[complex])

从复振幅的扁平列表（或 numpy 数组）构造态矢量。矢量会自动归一化为单位长度。

参数	类型	说明
data	list[complex]	复振幅的一维数组。

从 NumPy 数组构造

StateVector(data: numpy.ndarray)

从一维复数 numpy 数组（或 Eigen 向量）构造态矢量。矢量会自动归一化为单位长度。

参数	类型	说明
data	numpy.ndarray	复振幅的一维数组。

从量子比特数构造

StateVector(qbit_total: int)

构造 qbit_total 个量子比特的态矢量，初始化为全零态 $|0{⟩}^{\otimes n}$。

参数	类型	说明
qbit_total	int	量子比特数。结果矢量的维度为 $2^{\mathtt{\text{qbit\_total}}}$。

方法

ndarray

ndarray() -> numpy.ndarray[numpy.complex128]

返回内部态矢量数据作为一维 numpy.ndarray。

purity

purity() -> complex

返回态的纯度 $\mathrm{Tr}({\rho }^2)$。对于由态矢量表示的纯态，纯度始终为 $1+0j$。

evolve

evolve(circuit: QCircuit) -> StateVector

在给定量子线路下演化态矢量。返回一个新的 StateVector 包含结果；原始对象不被修改。

参数	类型	说明
circuit	QCircuit	要应用的量子线路。

update_by_evolve

update_by_evolve(circuit: QCircuit) -> StateVector

在给定量子线路下原地演化态矢量，更新内部数据。同时返回结果的 StateVector。

参数	类型	说明
circuit	QCircuit	要应用的量子线路。

is_valid

is_valid() -> bool

检查内部数据是否构成有效的量子态矢量（归一化为单位长度）。

get_density_matrix

get_density_matrix() -> Matrix

计算对应于此态矢量的密度矩阵 $\rho =|\psi ⟩⟨\psi |$。

at

at(idx: int) -> complex

返回指定基态索引处的振幅。

参数	类型	说明
idx	int	基态的索引（从 0 开始）。

dim

dim() -> int

返回态矢量的维度，即 $n$ 个量子比特的 $2^n$。

运算符

相等

sv_a == sv_b -> bool

如果两个 StateVector 对象具有相同的内部数据则返回 True。

示例

import numpy as np
from pyqpanda3.quantum_info import StateVector

# Construct from a list (Bell state |00> + |11>)
sv = StateVector([1/np.sqrt(2), 0, 0, 1/np.sqrt(2)])

print(sv.dim())       # 4
print(sv.is_valid())  # True
print(sv.purity())    # (1.0+0j)

# Access an amplitude
amp = sv.at(3)  # (0.7071...+0j)
print("amp:", amp)

# Convert to density matrix
dm = sv.get_density_matrix()

# Get numpy array
arr = sv.ndarray()

运行示例输出：

4
True
(1.0000000000000004+0j)
amp: (0.7071067811865476+0j)

另见

• DensityMatrix
• Unitary
• Matrix