量子程序


量子程序设计用于量子程序的编写与构造,一般地, 可以理解为一个操作序列。由于量子算法中也会包含经典计算,因而业界设想,最近将来出现的量子计算机是混合结构的,它包含两大部分一部分是经典计算机,负责执行经典计算与控制;另一部分是量子设备,负责执行量子计算。QPanda-2将量子程序的编程过程视作经典程序运行的一部分,在整个外围的宿主机程序中,一定包含创建量子程序的部分。

接口介绍


在QPanda2中,QProg是量子编程的一个容器类,是一个量子程序的最高单位,初始化一个空的QProg对象有以下两种

C++风格

QProg prog = QProg();

C语言风格

QProg prog = CreateEmptyQProg();

QProg prog = createEmptyQProg();

QProg的构造函数还有以下几种:

通过量子线路构造量子程序:

auto qubit = qAlloc();
QCircuit circuit;
circuit << H(qubit);
QProg prog(circuit);

通过QIf构造量子程序:

auto qubit = qAlloc();
auto cbit = cAlloc();
cbit.set_val(3);
QCircuit circuit;
circuit << H(qubit);
QIfProg qif(cbit > 3, circuit);
QProg prog(qif);

通过QWhile构造量子程序:

auto qubit = qAlloc();
auto cbit = cAlloc();
cbit.set_val(3);
QCircuit circuit;
circuit << H(qubit);
QWhileProg qwhile(cbit > 3, circuit);
QProg prog(qwhile);

通过QGate构造量子程序:

auto qubit = qAlloc();
auto gate = H(qubit);
QProg prog(gate);

通过QMeasure构建量子程序:

auto qubit = qAlloc();
auto cbit = cAlloc();
auto measure = Measure(qubit, cbit);
QProg prog(measure);

通过ClassicalCondition构建量子程序:

auto cbit = cAlloc();
QProg prog(cbit);

实现QProg的这么多构造函数主要是为了实现各种节点类型向QProg的隐式转换,如:

auto qubit = qAlloc();
auto cbit = cAlloc();
cbit.set_val(1);
auto gate = H(qubit);
auto qif = QIfProg(cbit > 1, gate);

构建QIf的第二个参数本来是要传入QProg的, 但由于QGate可以构造QProg, 在使用时传入参数QGate就会隐士转换为QProg,方便使用。

你可以通过如下方式向QProg尾部填充节点

QProg << QNode;

或者

QProg.pushBackNode(QNode *);

QNode的类型有QGate,QPorg,QIf,Measure等等,QProg支持插入所有类型的QNode

通常一个QProg类型内部结构复杂,需要对其进行拆分遍历等过程,QPanda2提供了相关接口

获取QProg内部第一个节点与最后一个节点

QProg prog = QProg();
NodeIter first_node = prog.getFirstNodeIter();
NodeIter last_node  = prog.getLastNodeIter();

在QProg内部插入与删除节点操作

QProg prog = QProg();
NodeIter insert_node_iter = prog.insertQNode(NodeIter&, QNode*);
NodeIter delete_node_iter = prog.deleteQNode(NodeIter&);

注解

  • NodeIter是一个关于QNode的代理类,类似于STL容器的迭代器类型,支持自增与自减等操作
  • QProg节点插入删除操作会返回指向原位置的NodeIter

实例


#include "QPanda.h"
USING_QPANDA

int main()
{
    init();
    auto qvec = qAllocMany(4);
    auto cvec = cAllocMany(4);

    QProg prog;

    // 构建量子程序
    prog << H(qvec[0])
        << X(qvec[1])
        << iSWAP(qvec[0], qvec[1])
        << CNOT(qvec[1], qvec[2])
        << H(qvec[3])
        << MeasureAll(qvec ,cvec);

    // 量子程序运行1000次,并返回多次测量的结果
    auto result = runWithConfiguration(prog, cvec, 1000);

    // 打印量子态在量子程序多次运行结果中出现的次数
    for (auto &val : result)
    {
        std::cout << val.first << ", " << val.second << std::endl;
    }

    finalize();
    return 0;
}

运行结果:

1000, 242
1001, 277
1110, 254
1111, 227

警告

CreateEmptyQProg 接口在后续的版本中会被舍弃。