IBM Qiskit：量子回路の作成・可視化 〜 バックエンド定義 まで & 量子ゲートに関する調査

IBM Qiskit の試用

from qiskit-tutorials/qiskit/tutorials/circuits/1_getting_started_with_qiskit.ipynb in IBMQuantum Lab

量子回路の作成・可視化 〜 バックエンド定義 まで実施

パッケージのインポート

import numpy as np
from qiskit import *

量子回路の作成

# Create a Quantum Circuit acting on a quantum register of three qubits
circ = QuantumCircuit(3)

ゲートの追加

追加したゲートの役割は「量子ゲートに関する調査」の項に記載

# Add a H gate on qubit 0, putting this qubit in superposition.
circ.h(0)
# Add a CX (CNOT) gate on control qubit 0 and target qubit 1, putting
# the qubits in a Bell state.
circ.cx(0, 1)
# Add a CX (CNOT) gate on control qubit 0 and target qubit 2, putting
# the qubits in a GHZ state.
circ.cx(0, 2)
# <qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7f13df5667c0>

量子回路の可視化

circ.draw('mpl')

▼ 出力された回路図

Qiskit Aer（量子回路シミュレータ）のバックエンド定義

from qiskit import Aer

# 回路を実行するためのバックエンドを定義
backend = Aer.get_backend('statevector_simulator')

# <frozen importlib._bootstrap>:219: RuntimeWarning: scipy._lib.messagestream.MessageStream size changed, may indicate binary incompatibility. Expected 56 from C header, got 64 from PyObject

参考

IBM の Qiskit ドキュメント
Introduction to Qiskit - Qiskit 0.39.2 documentation

量子ゲートに関する調査

代表的なゲート

1. パウリゲート
2. アダマールゲート

Why: 1, 2 と共に自己随伴行列

アダマールゲート

基底状態の量子ビットを重ね合わせの状態へ移すために用いる

Why: アダマールゲートの定義（回転行列？）と状態遷移（基底 → 重ね合わせ）の対応付け

定義

$$
\boldsymbol H =
\frac{1}{\sqrt{2}}
\begin{bmatrix}
1 & 1 \\
1 & -1
\end{bmatrix}
$$

参考

Microsoft/QuantumKatas の Binder Notebook
GitHub: Microsoft/QuantumKatas/42ee33b0001df1f74682c9ac0f5523d644708bdd