工具

QASM 转换工具

QASM接口 (OPENQASMInterface) 是用来在 QuICT 的 Circuit 类和 QASM 文件之间相互转换的。

from QuICT.tools.interface import OPENQASMInterface

# load qasm
qasm = OPENQASMInterface.load_file("/path/to/qasm/file")
assert qasm.valid_circuit   # Validate the circuit from qasm file
circuit = qasm.circuit      # Get QuICT Circuit

# Transfer Circuit into qasm
new_qasm = OPENQASMInterface.load_circuit(circuit)
new_qasm.output_qasm("/path/to/qasm/file")       # Save qasm file

QCIS 转换工具

QCIS接口 (QCISInterface) 是用来在 QuICT 的 Circuit 类与 QCIS 文件之间相互转换的。

from QuICT.tools.interface.qcis_interface import QCISInterface

# load circuit from QCIS file
qcis_circuit = QCISInterface.load_file("/path/to/qcis/file")

# Transfer Circuit into QCIS
# Through QCISInterface
qcis_string = QCISInterface.load_circuit(qcis_circuit)
# Using Circuit Class
qcis_string = qcis_circuit.qcis()
qcis_circuit.qcis("/path/to/save/qcis/file")

量子计算可视化组件

量子电路可视化

量子电路可视化是 Circuit 类的内置功能之一，它用来根据 Circuit 类里的量子比特和量子门，来画出相对应的量子电路图。

它有两种生成图像方式:

• matp: 生成 JPEG 图像，它有以下四种模式：
  • matp_inline: 交互式显示图形但不将其保存到文件中。
  • matp_file: 将图形保存到文件但不以交互方式显示。
  • matp_auto: 根据matplotlib后端自动选择inline或file模式。
  • matp_silent: 返回绘制的图形但不保存或显示。
• command: 在终端中显示文本图像

from QuICT.core import Circuit
from QuICT.algorithm.qft import QFT

circuit = Circuit(4)
circuit.random_append(10)
QFT(4) | circuit
circuit.random_append(10)
circuit.draw(method='matp_auto', filename="Quantum_Circuit")
circuit.draw(method='command')

量子电路展开显示

circuit.draw(method='matp_auto', filename="Quantum_Circuit_Flatten", flatten=True)

量子电路编译显示

QuICT 支持标红显示不符合指令集的量子门和拓扑结构的双比特量子门

from QuICT.core.virtual_machine.quantum_machine import OriginalKFC6130
from QuICT.tools.display import amplitude_drawer, sample_drawer, display_compiled_circuit

display_compiled_circuit(circuit, vqm=OriginalKFC6130, filename="compile_circuit")

拓扑结构可视化

量子电路仿真模拟可视化

from QuICT.tools.display import amplitude_drawer, sample_drawer

sv = StateVectorSimulator()
amp = sv.run(circuit)
sample = sv.sample(1000)

amplitude_drawer(amp)
sample_drawer(sample)

振幅/采样结构

密度矩阵

算法结果可视化

用于 QuICT内置部分算法的相关图像绘制，目前支持绘制量子态采样图， MaxCut 算法的无向无权图，以及 MaxCut 的分割结果图。

• 量子态采样图（以 Quantum Walk Search 为例）

  # 导入运行库
  from QuICT.algorithm.quantum_algorithm import QuantumWalkSearch
  from QuICT.simulation.state_vector import StateVectorSimulator
  from QuICT.algorithm.tools.drawer.graph_drawer import *
  
  # 初始化状态向量模拟器和QuantumWalkSearch模块：
  simulator = StateVectorSimulator()
  qws = QuantumWalkSearch(simulator)
  
  # 开始搜索
  N = 5
  sample = qws.run(index_qubits=N, targets=[4], a_r=5 / 8, a_nr=1 / 8)
  
  # 画出采样图
  draw_samples_with_auxiliary(sample, N, int(np.ceil(np.log2(N))))
  

  

量子电路算法库

QuICT 内置了一个量子算法电路库，里面包含多种经典量子算法，例如 Grover、VQE、QFT 等。也包含若干基于物理机的随机电路和模板电路。

算法电路	比特数	门数	电路深度
adder	4~100,1535	4~132, 32745	4~16376
clifford	1~19	3~436	3~338
grover	4~99	20~2186	11~1507
qft	2~100	2~5050	3~199
vqe	4~50	22~3150	12~173
maxcut	4~100	17~7625	8~542
qnn	2~100	5~253	5~200
quantum walk	2~20	5~10959	5~6205
cnf	7~50	3~5668	21~3663

from QuICT.tools.circuit_library import CircuitLib

cir_lib = CircuitLib()
cirs = cir_lib.get_circuit("algorithm", "maxcut", [5, 10])     # 获得MaxCut算法电路，比特数为5-10

命令行界面

为了更方便也更灵活的使用 QuICT 的相关功能，我们开发了 QuICT CLI 相关功能。 QuICT CLI 一方面支持电路生成和 benchmark 测试功能，另一方面也支持单机的一键式任务部署。它构建有一套本地任务管理流程，支持相关电路优化、映射、指令集转换和电路模拟功能，在之后的开发中，它也将会支持部署相关任务到远程分布式服务器中。

• 使用 QuICT CLI

  quict --help
  

• 使用命令行指令生成并管理电路

  # 生成基于Ourense物理机的量子随机电路
  quict circuit get_machine -m ourense .
  # 生成量子算法电路
  quict circuit get_algorithm clifford . -q 5
  # 电路管理
  quict circuit add test_circuit /path/to/circuit
  quict circuit list
  quict circuit delete test_circuit
  

• 使用命令行进行基准测试

  quict benchmark     # 如需使用GPU基准测试，请添加 --gpu 在指令中
  

• 使用命令行进行 QuICT 任务部署，包括电路模拟和电路优化、映射

  # 获得命令行任务模版
  quict local job get_template .
  

  • 命令行任务模板

    job_name: experience-qcda           # The name of job
    circuit: /path/to/circuit/qasm      # The path of circuit's qasm file
    device: CPU                         # Device Type: [CPU/GPU];
    
    simulation:
    shots: 100                        # The repeat times of experience
    precision: single                 # The precision of simualtor
    backend: state_vector             # The backend of simualtor, one of [unitary, state_vector, density_matrix].
    
    qcda:
    methods:                          # QCDA method should within ["GateTransform", "Clifford", "CliffordRz", "Commutative", "SymbolicClifford", "Template", "CNOT"]
        - Commutative
    
    instruction_set: Google           # Instruction Set, Extra args for GateTransform; one of ["USTC", "Google", "IBMQ", "IonQ", "Nam", "Origin"]
    auto_mode: light                  # The mode for AutoOptimization, one of [light, heavy]
    para: True                        # The args for CommutativeOpt
    depara: False                     # The args for CommutativeOpt
    templates:                        # The list of templates for TemplateOpt
        max_width: 3
        max_size: 5
        max_depth: 3
    
    mapping:
        enable: False                   # Enable mapping or not
        layout_path: /path/to/topology  # The path of the file which store the topology
    
    output_path: /path/to/result        # the folder to store result
    

  # 启动任务
  quict local job start /path/to/job/file
  # 查看任务状态
  quict local job status job_name
  # 展示当前所有任务
  quict local job list
  # 删除任务
  quict local job delete job_name