本文属于机器翻译版本。若本译文内容与英语原文存在差异，则一律以英文原文为准。
在中构造电路 SDK
本节提供了定义电路、查看可用门、扩展电路以及查看每个设备支持的门的示例。它还包含有关如何手动分配的说明 qubits，指示编译器完全按照定义运行电路，并使用噪声模拟器构建噪声电路。
当然，你也可以在 Braket 中为各种门设置脉冲电平。QPUs有关更多信息，请参阅 Amazon Braket 上的脉冲控制。
大门和电路
量子门和电路是在 Amazon Braket Python 的braket.circuitsCircuit()
示例：定义电路
该示例首先定义了一个由四个组成的样本电路 qubits （标有q0、q1q2、和q3）由标准的单量子比特 Hadamard 门和双量子比特门组成。CNOT您可以通过调用print函数来可视化此电路，如下例所示。
# import the circuit module from braket.circuits import Circuit # define circuit with 4 qubits my_circuit = Circuit().h(range(4)).cnot(control=0, target=2).cnot(control=1, target=3) print(my_circuit)
T : |0| 1 | q0 : -H-C--- | q1 : -H-|-C- | | q2 : -H-X-|- | q3 : -H---X- T : |0| 1 |
示例：定义参数化电路
在这个例子中，我们定义了一个电路，其门依赖于自由参数。我们可以指定这些参数的值来创建新电路，或者在提交电路时，在某些设备上作为量子任务运行。
from braket.circuits import Circuit, FreeParameter #define a FreeParameter to represent the angle of a gate alpha = FreeParameter("alpha") #define a circuit with three qubits my_circuit = Circuit().h(range(3)).cnot(control=0, target=2).rx(0, alpha).rx(1, alpha) print(my_circuit)
您可以通过向电路提供单个参数float（这是所有自由参数将采用的值）或关键字参数来指定每个参数的值，从而从参数化电路中创建一个新的非参数化电路，如下所示。
my_fixed_circuit = my_circuit(1.2) my_fixed_circuit = my_circuit(alpha=1.2)
请注意，my_circuit这是未修改的，因此您可以使用它来实例化许多具有固定参数值的新电路。
示例：修改电路中的门
以下示例定义了一个电路，其门使用控制和功率修改器。您可以使用这些修改来创建新的大门，例如受控Ry门。
from braket.circuits import Circuit # Create a bell circuit with a controlled x gate my_circuit = Circuit().h(0).x(control=0, target=1) # Add a multi-controlled Ry gate of angle .13 my_circuit.ry(angle=.13, target=2, control=(0, 1)) # Add a 1/5 root of X gate my_circuit.x(0, power=1/5) print(my_circuit)
只有本地模拟器支持门控修改器。
示例：查看所有可用的登机口
以下示例说明如何查看中所有可用的门 Amazon 支架。
from braket.circuits import Gate # print all available gates in Amazon Braket gate_set = [attr for attr in dir(Gate) if attr[0].isupper()] print(gate_set)
这段代码的输出列出了所有的门。
['CCNot', 'CNot', 'CPhaseShift', 'CPhaseShift00', 'CPhaseShift01', 'CPhaseShift10', 'CSwap', 'CV', 'CY', 'CZ', 'ECR', 'GPi', 'GPi2', 'H', 'I', 'ISwap', 'MS', 'PSwap', 'PhaseShift', 'PulseGate', 'Rx', 'Ry', 'Rz', 'S', 'Si', 'Swap', 'T', 'Ti', 'Unitary', 'V', 'Vi', 'X', 'XX', 'XY', 'Y', 'YY', 'Z', 'ZZ']
通过调用该类型电路的方法，可以将这些门中的任何一个附加到电路中。例如，你会打电话circ.h(0)，在第一个门上添加一扇哈达玛德大门 qubit.
注意
门已附加到位，以下示例将上一个示例中列出的所有门添加到同一个电路中。
circ = Circuit() # toffoli gate with q0, q1 the control qubits and q2 the target. circ.ccnot(0, 1, 2) # cnot gate circ.cnot(0, 1) # controlled-phase gate that phases the |11> state, cphaseshift(phi) = diag((1,1,1,exp(1j*phi))), where phi=0.15 in the examples below circ.cphaseshift(0, 1, 0.15) # controlled-phase gate that phases the |00> state, cphaseshift00(phi) = diag([exp(1j*phi),1,1,1]) circ.cphaseshift00(0, 1, 0.15) # controlled-phase gate that phases the |01> state, cphaseshift01(phi) = diag([1,exp(1j*phi),1,1]) circ.cphaseshift01(0, 1, 0.15) # controlled-phase gate that phases the |10> state, cphaseshift10(phi) = diag([1,1,exp(1j*phi),1]) circ.cphaseshift10(0, 1, 0.15) # controlled swap gate circ.cswap(0, 1, 2) # swap gate circ.swap(0,1) # phaseshift(phi)= diag([1,exp(1j*phi)]) circ.phaseshift(0,0.15) # controlled Y gate circ.cy(0, 1) # controlled phase gate circ.cz(0, 1) # Echoed cross-resonance gate applied to q0, q1 circ = Circuit().ecr(0,1) # X rotation with angle 0.15 circ.rx(0, 0.15) # Y rotation with angle 0.15 circ.ry(0, 0.15) # Z rotation with angle 0.15 circ.rz(0, 0.15) # Hadamard gates applied to q0, q1, q2 circ.h(range(3)) # identity gates applied to q0, q1, q2 circ.i([0, 1, 2]) # iswap gate, iswap = [[1,0,0,0],[0,0,1j,0],[0,1j,0,0],[0,0,0,1]] circ.iswap(0, 1) # pswap gate, PSWAP(phi) = [[1,0,0,0],[0,0,exp(1j*phi),0],[0,exp(1j*phi),0,0],[0,0,0,1]] circ.pswap(0, 1, 0.15) # X gate applied to q1, q2 circ.x([1, 2]) # Y gate applied to q1, q2 circ.y([1, 2]) # Z gate applied to q1, q2 circ.z([1, 2]) # S gate applied to q0, q1, q2 circ.s([0, 1, 2]) # conjugate transpose of S gate applied to q0, q1 circ.si([0, 1]) # T gate applied to q0, q1 circ.t([0, 1]) # conjugate transpose of T gate applied to q0, q1 circ.ti([0, 1]) # square root of not gate applied to q0, q1, q2 circ.v([0, 1, 2]) # conjugate transpose of square root of not gate applied to q0, q1, q2 circ.vi([0, 1, 2]) # exp(-iXX theta/2) circ.xx(0, 1, 0.15) # exp(i(XX+YY) theta/4), where theta=0.15 in the examples below circ.xy(0, 1, 0.15) # exp(-iYY theta/2) circ.yy(0, 1, 0.15) # exp(-iZZ theta/2) circ.zz(0, 1, 0.15) # IonQ native gate GPi with angle 0.15 applied to q0 circ.gpi(0, 0.15) # IonQ native gate GPi2 with angle 0.15 applied to q0 circ.gpi2(0, 0.15) # IonQ native gate MS with angles 0.15, 0.15, 0.15 applied to q0, q1 circ.ms(0, 1, 0.15, 0.15, 0.15)
除了预定义的门设置外，您还可以将自定义的单元门应用于电路。它们可以是单量子比特门（如以下源代码所示），也可以是应用于的多量子比特门 qubits 由targets参数定义。
import numpy as np # apply a general unitary my_unitary = np.array([[0, 1],[1, 0]]) circ.unitary(matrix=my_unitary, targets=[0])
示例：扩展现有电路
您可以通过添加指令来扩展现有电路。A Instruction 是一种量子指令，它描述了要在量子器件上执行的量子任务。 Instruction运算符Gate仅包括类型的对象。
# import the Gate and Instruction modules from braket.circuits import Gate, Instruction # add instructions directly. circ = Circuit([Instruction(Gate.H(), 4), Instruction(Gate.CNot(), [4, 5])]) # or with add_instruction/add functions instr = Instruction(Gate.CNot(), [0, 1]) circ.add_instruction(instr) circ.add(instr) # specify where the circuit is appended circ.add_instruction(instr, target=[3, 4]) circ.add_instruction(instr, target_mapping={0: 3, 1: 4}) # print the instructions print(circ.instructions) # if there are multiple instructions, you can print them in a for loop for instr in circ.instructions: print(instr) # instructions can be copied new_instr = instr.copy() # appoint the instruction to target new_instr = instr.copy(target=[5]) new_instr = instr.copy(target_mapping={0: 5})
示例：查看每台设备支持的门
模拟器支持 Braket 中的所有门SDK，但QPU设备支持的子集较小。你可以在设备属性中找到设备支持的门。以下显示了 ionQ 设备的示例：
# import the device module from braket.aws import AwsDevice device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-east-1::device/qpu/ionq/Aria-1") # get device name device_name = device.name # show supportedQuantumOperations (supported gates for a device) device_operations = device.properties.dict()['action']['braket.ir.openqasm.program']['supportedOperations'] print('Quantum Gates supported by {}:\n {}'.format(device_name, device_operations))
Quantum Gates supported by the Aria-1 device: ['x', 'y', 'z', 'rx', 'ry', 'rz', 'h', 'cnot', 's', 'si', 't', 'ti', 'v', 'vi', 'xx', 'yy', 'zz', 'swap']
支持的门可能需要编译成原生门，然后才能在量子硬件上运行。当你提交电路时，Amazon Braket 会自动执行此编译。
示例：以编程方式检索设备支持的原生门的保真度
您可以在 Braket 控制台的 “设备” 页面上查看保真度信息。有时，以编程方式访问相同的信息会很有帮助。以下代码显示了如何提取这两个 qubit a 的两个门之间的门保真度QPU。
# import the device module from braket.aws import AwsDevice device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-west-1::device/qpu/rigetti/Ankaa-2") #specify the qubits a=10 b=11 print(f"Fidelity of the ISWAP gate between qubits {a} and {b}: ", device.properties.provider.specs["2Q"][f"{a}-{b}"]["fISWAP"])
部分测量
按照前面的示例，我们测量了量子电路中的所有量子比特。但是，可以测量单个量子比特或量子比特的子集。
示例：测量量子比特的子集
在这个例子中，我们通过在电路末端添加一条带有目标量子比特的measure指令来演示部分测量。
# Use the local state vector simulator device = LocalSimulator() # Define an example bell circuit and measure qubit 0 circuit = Circuit().h(0).cnot(0, 1).measure(0) # Run the circuit task = device.run(circuit, shots=10) # Get the results result = task.result() # Print the circuit and measured qubits print(circuit) print() print("Measured qubits: ", result.measured_qubits)
手动 qubit 分配
当你在量子计算机上运行量子电路时 Rigetti，你可以选择使用手动 qubit 分配以控制哪个 qubits 用于您的算法。Amazon Braket 控制台
手动 qubit 分配使您能够更准确地运行回路并对个人进行调查 qubit 属性。研究人员和高级用户可以根据最新的设备校准数据优化其电路设计，从而获得更准确的结果。
以下示例演示了如何分配 qubits 明确地。
circ = Circuit().h(0).cnot(0, 7) # Indices of actual qubits in the QPU my_task = device.run(circ, s3_location, shots=100, disable_qubit_rewiring=True)
有关更多信息，请参阅本笔记本上的 Amazon Braket 示例：在 GitHub
逐字记录汇编
当你在基于门的量子计算机上运行量子电路时，你可以指示编译器完全按照定义运行你的电路，而无需进行任何修改。使用逐字编译，你可以指定要么完全按照指定方式保留整个电路，要么只保留其中的特定部分（支持 Rigetti 只有）。在为硬件基准测试或错误缓解协议开发算法时，你需要可以选择精确指定在硬件上运行的门和电路布局。Verbatim 编译使您可以通过关闭某些优化步骤来直接控制编译过程，从而确保您的电路完全按照设计运行。
目前支持逐字编译 Rigetti, IonQ，以及 IQM 设备并需要使用本机门。使用逐字编译时，建议检查设备的拓扑结构，以确保在连接时调用门 qubits 而且该电路使用硬件支持的本机门。以下示例说明如何以编程方式访问设备支持的原生门列表。
device.properties.paradigm.nativeGateSet
对于 Rigetti, qubit 必须通过设置disableQubitRewiring=True为与逐字编译一起使用来关闭重新布线。disableQubitRewiring=False如果在编译中使用逐字记录框时设置，则量子电路验证失败且无法运行。
如果为某个电路启用了逐字编译并在不支持它的电路上运行，则会生成一个错误，表示不支持的操作导致任务失败。QPU随着越来越多的量子硬件原生支持编译器功能，该功能将扩展到包括这些设备。使用以下代码查询时，支持逐字编译的设备将其列为支持的操作。
from braket.aws import AwsDevice from braket.device_schema.device_action_properties import DeviceActionType device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-west-1::device/qpu/rigetti/Ankaa-2") device.properties.action[DeviceActionType.OPENQASM].supportedPragmas
使用逐字记录汇编不会产生任何额外费用。对于在 Braket QPU 设备、笔记本实例和按需模拟器上执行的量子任务，您仍需按照 Amazon Brak
注意
如果你使用 Open QASM 来写你的电路 IonQ 设备，并且你想将你的电路直接映射到物理量子比特，你需要使用，因#pragma braket verbatim为 Open QASM 会完全忽略disableQubitRewiring标志。
噪声模拟
要实例化本地噪声模拟器，你可以按如下方式更改后端。
device = LocalSimulator(backend="braket_dm")
您可以通过两种方式构建噪音电路：
-
自下而上地建造嘈杂的电路。
-
采用现有的无噪音电路，并在整个过程中注入噪音。
以下示例显示了使用带有去极化噪声的简单电路和自定义 Kraus 通道的方法。
# Bottom up approach # apply depolarizing noise to qubit 0 with probability of 0.1 circ = Circuit().x(0).x(1).depolarizing(0, probability=0.1) # create an arbitrary 2-qubit Kraus channel E0 = scipy.stats.unitary_group.rvs(4) * np.sqrt(0.8) E1 = scipy.stats.unitary_group.rvs(4) * np.sqrt(0.2) K = [E0, E1] # apply a two-qubit Kraus channel to qubits 0 and 2 circ = circ.kraus([0,2], K)
# Inject noise approach # define phase damping noise noise = Noise.PhaseDamping(gamma=0.1) # the noise channel is applied to all the X gates in the circuit circ = Circuit().x(0).y(1).cnot(0,2).x(1).z(2) circ_noise = circ.copy() circ_noise.apply_gate_noise(noise, target_gates = Gate.X)
运行电路的用户体验与以前相同，如以下两个示例所示。
示例 1
task = device.run(circ, s3_location)
Or
示例 2
task = device.run(circ_noise, s3_location)
有关更多示例，请参阅 Braket 入门噪声模拟器
