え、Q#って量子回路出すようになったんですか？

概要:

VScodeでQ#のプロジェクトをいじっている
operationの上に色々出てきたのでその結果をJupyterでも表示しておきたかったのでメモ書き

環境:

私の環境はWSL2環境下のDocker(Nvidia-docker)上でjupyter-labを立ち上げます。

FROM nvidia/cuda:11.8.0-cudnn8-devel-ubuntu22.04
...requirements.inのインストール等は省略...

Python packages

qsharp                    1.5.0
qsharp-jupyterlab         1.5.0
qsharp-widgets            1.5.0

プロジェクト構築

ディレクトリ構成

sample-project/
┠ src/
┃   ┠ operations/
┃   ┃   ┗ RandomBit.qs
┃   ┗ Main.qs
┠ qsharp.json
┗ notebook.ipynb # 今回の主役のノート

qsharp.json:

qsharpプロジェクトのマニフェストファイル
特に記載する必要はないので以下の様にしています。

{}

詳細はこちら

RandomBit.qs:

こちらはQ#のサンプルのランダムビット操作を出しているだけです。

namespace Algorithm {

    open Microsoft.Quantum.Canon;
    open Microsoft.Quantum.Diagnostics as Diag;


    operation RandomBit() : Result {
        // Qubits are only accesible for the duration of the scope where they
        // are allocated and are automatically released at the end of the scope.
        use qubit = Qubit();

        // Set the qubit in superposition by applying a Hadamard transformation.
        H(qubit);

        Diag.DumpMachine();

        // Measure the qubit. There is a 50% probability of measuring either
        // `Zero` or `One`.
        let result = M(qubit);

        Message($"The result of the measurement is {result}.");

        // Reset the qubit so it can be safely released.
        Reset(qubit);
        return result;
    }
    ...
}

Main.qs:

こちらがエントリーポイントです。

namespace Sample {

    open Microsoft.Quantum.Canon;
    open Algorithm as Alg;

    @EntryPoint()
    operation Run() : Result {
        let results = Alg.RandomBit();
        return results;
    }
}

Jupyter上でQ#のプロジェクトPathを指定:

notebook.ipynb

import qsharp

qsharp.init(project_root = "/sample-project")

Q#の結果をPythonで取得

notebook.ipynb

# 単一の場合
qsharp.eval("Sample.Run()")
# >>> Zero

# 複数回取得する場合
qsharp.run("Sample.Run()", 10)
# >>> [One, Zero, Zero, One, Zero, Zero, One, One, One, Zero]

ヒストグラムを表示:

notebook.ipynb

import qsharp_widgets as qw

histogram = qw.Histogram()
display(histogram)
histogram.run("Sample.Run()", 10)

Jupyter上で量子回路を表示:

notebook.ipynb

qw.Circuit(qsharp.circuit("Sample.Run()"))

# EntryPointでなくても直接指定すれば良い
qw.Circuit(qsharp.circuit("Algorithm.RandomBit()"))

その他：

上記以外にqsharp_widgetsには、以下のクラスが存在しするので任意で試してみてね.

qsharp_widgetsのその他のクラス

• SpaceChart
• EstimateDetails
• EstimatesOverview
• EstimatesPanel

最小限のEstimateの例：

from qsharp.estimator  import EstimatorParams
params = EstimatorParams()
estimate = qsharp.estimate("Sample.Run()", params=params)
estimate

その他の例はこちら

おわりに

Q#のお仕事って日本で出ないかな～

参考：

• Jupyter Notebookを使用した量子回路
• Q#のプロジェクト例
• Q#のマニフェスト作成