当前位置：网站首页>基于Qiskit——《量子计算编程实战》读书笔记（五）

前面的章节里，我们一直在使用纯Python语言去感受量子计算体系的基础架构（如量子比特的模拟、量子算法的初步设计与实现等），而Qiskit则作为一个量子科学包将同类架构封装起来，应用于量子电路构建的代码实现当中，亦即量子编辑器（Quantum Composer）。与之不同，OpenQASM是一种比计算机代码更为高级的、用于编写量子程序的语言，全称为开放式量子汇编语言，顾名思义，可知其之于量子程序的基本程度。对于每一个量子编辑器中的程序（由相应量子电路“转译”而成），也可以在IBM QX平台中轻松访问OpenQASM对应的等效程序。

本书对OpenQASM的讲解会有内容和篇幅上的限制，重点关注的是OpenQASM 2.0，学有余力者可以参考OpenQASM 2.0的完整规范，当然也推荐访问官网自行阅读研究（落笔之时已然更新至OpenQASM 3.0规范）：OpenQASM 3.x Live Specification — OpenQASM Live Specification documentation。

OpenQASM的语法类似于C语言：

注释是每行一个，并以“//”开头
空格不重要
区分大小写
每一行必须以分号结尾
每一个程序都必须以OPENQASM 2.0开头（如果是OpenQASM 3.0规范则换为OPENQASM 3.0）
使用IBM QX平台时，必须写出一行include "qelib1.inc"; （分号不可省略！）可以使用类似的语法通过当前程序的相对路径调用其他文件，而OpenQASM做的只是在include位置复制文件内容罢了。

读写OpenQASM 2.0程序涉及的操作（分号不可省略！）
说明	操作
引入头文件	include "qelib1.inc";
声明一个量子寄存器（qregname可以替换为其他名称）	qreg qregname [k];
引用量子寄存器	qregname [i];
声明一个经典寄存器（cregname可以替换为其他名称）	creg cregname [k];
引用经典寄存器	cregname [i];
单比特门列表（引用qelib1.inc后可使用）	h, t, tdg, s, sdg, x, y, z, id
操作单比特门	gate q [i];
双比特的CNOT门（引用qelib1.inc后可使用）	cx
CNOT操作	cnot control, target;
可使用的测量操作	measure, bloch
测量操作	measure q [i] -> c [k]; bloch q [i] -> c[k];
屏障操作	barrier q[i], q[j], q[k], ...;
量子基本门	CX, U

将OpenQASM程序转换为量子电路

例1：取反量子比特

//使用IBM QX的标准头声明
OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc";

//声明一个名为q、大小为1的量子寄存器并自动赋值为|0>
qreg q[1]; //此处1是大小

//取反
x q[0]; //此处0是索引

例2：用门操作两个量子比特并测量第一个量子比特

OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc";

qreg q[2];
creg c[1];

x q[0];
y q[0];
z q[0];
s q[1];
measure q[0] -> c[0];

例3：创建一个有两个参数和两个参量的门并测量（重点！）

请着重注意声明门的语法，包括参数和参量的声明位置

OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc";

qreg q[2];
creg c[2];

gate my_gate(param1, param2) q1,q2 {
  x q1;
  u1(param1) q1;
  
  h q2;
  u1(param2) q2;
}

my_gate(pi/2, 5*pi/12) q[0], q[1];
measure q -> c;

将量子电路转换为OpenQASM 2.0程序

从IBM QX平台进入电路编辑界面并进行正常电路编辑操作后，即可得到系统自动翻译生成的OpenQASM 2.0代码：

课后习题

第8章 Qiskit和量子计算机模拟

测试Qiskit安装

运行以下代码并根据需要排除故障：

from qiskit import Aer. IBMQ

IBMQ.enable_account("输入你的专用令牌（API TOKEN）")

提示：要获取API令牌，可以访问官网在首页进行复制

随后运行以下代码，重点关注后端的获取方法：

import qiskit
from qiskit.tools.visualization import plot_histogram
provider = qiskit.IBMQ.load_account() #导入账号，前提是已经添加过API token
backend = provider.backend.ibmq_qasm_simulator
#语法和书上不同，可以直接在backend后加入任意在线的模拟器，不用加字符串（可在官网查找）

q = qiskit.QuantumRegister(5)
c = qiskit.ClassicalRegister(5)
qc = qiskit.QuantumCircuit(q, c)
qc.measure(q, c)

job_exp = qiskit.execute(qc, backend=backend)
plot_histogram(job_exp.result().get_counts(qc)).savefig('result.png') #保存图片

使用OpenQASM

尽管通过Python在Qiskit中编程很有用，但通常可以在OpenQASM中编写量子算法，本节将提供两种将OpenQASM程序整合到Qiskit代码中的示例。

1.从文件加载OpenQASM

新建“hadamard.qasm”文件并输入：

OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc"
qreg q[2];
creg c[2];
h q[0];
h q[1];
measure q -> c;

另建文件作为主代码：

import qiskit
provider = qiskit.IBMQ.load_account()
backend  = provider.backend.ibmq_qasm_simulator
qc = qiskit.QuantumCircuit().from_qasm_file("hadamard.qasm") #直接导入
sim = qiskit.execute(qc, backend=backend)
result = sim.result()
print(result.get_counts(qc))

2.使用字符串加载OpenQASM

整体来说大同小异：

import qiskit
provider = qiskit.IBMQ.load_account()
backend  = provider.backend.ibmq_qasm_simulator
qc = qiskit.QuantumCircuit().from_qasm_str(
""""
OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc";
qreg q[2];
creg c[2];
h q[0];
h q[1];
measure q -> c;
""")
sim = qiskit.execute(qc, backend=backend)
result = sim.result()
print(result.get_counts(qc))

记住QuantumCircuit中的相应函数即可。