qiskit_experimentsを用いて状態操作

Qiskit pulseを用いて状態操作では，qiskit.pulseを用いて状態操作を行いました．今回は同様の実験を，qiskit_experimentsを用いて，より簡単に行いたいと思います．

qiskit_experiments

Qiskit pulseを用いて状態操作では，マイクロ波の波形から逐一設定していました．これらの面倒な設定を代行してくれるのがqiskit_experimentsです（多分）．

それでは，Qiskit pulseを用いて状態操作と同じ実験を実際に行ってみましょう．

Calibrations

import numpy as np
import qiskit.pulse as pulse
from qiskit.circuit import Parameter
from qiskit_experiments.calibration_management.calibrations import Calibrations
from qiskit_experiments.library.calibration.rough_frequency import RoughFrequencyCal
from qiskit import schedule
from qiskit import IBMQ


IBMQ.save_account("") #tokenを代入
#IBMQ.load_account()
provider = IBMQ.get_provider(hub='ibm-q')
backend = provider.get_backend('') #使えるbackendを選んでください

qubit = 0
cals=Calibrations.from_backend(backend)

# 単位変換係数
GHz = 1.0e9 # Gigahertz
MHz = 1.0e6 # Megahertz
us = 1.0e-6 # Microseconds
ns = 1.0e-9 # Nanoseconds

# おおよその周波数を取得
freq01_estimate = backend.defaults().qubit_freq_est[qubit]

# その周辺で周波数をスイープ
frequencies = np.linspace(freq01_estimate-30*MHz, freq01_estimate+30*MHz, 100)

spec = RoughFrequencyCal([qubit], cals, frequencies, backend=backend)
spec.set_experiment_options(duration=120*ns, sigma=15*ns, amp=0.05)

これでマイクロ波の波形の設定まで終わりました．Qiskit pulseを用いて状態操作と比較すると，簡略化されていることが分かります．一方で，公式ドキュメントのRoughFrequencyCalを見ると，波形はGaussianSquareしか対応していないことが分かります¹．実際に波形について見てみると，

next(iter(circuit.calibrations["Spec"].values())).draw()
circuit.calibrations["Spec"]

#{((0,),
#  (-30000000.0,)): ScheduleBlock(ShiftFrequency(-30000000, DriveChannel(0)), Play(GaussianSquare(duration=240, sigma=30.000000000000004, width=0.0, amp=0.05, angle=0), DriveChannel(0)), ShiftFrequency(30000000, DriveChannel(0)), name="spectroscopy", transform=AlignLeft())}

と，GaussianSquareになっていることが分かります²．このように，波形の種類を制限してしまうという欠点もあります．

結果のプロットも簡単です．

spec_data = spec.run().block_for_results()
spec_data.figure(0)

自動でローレンツ関数でフィッティングしてくれます．嬉しいですね．Qiskit pulseを用いて状態操作と同様の結果が得られていることが分かります．

最後に

２量子ビット操作も実験してみたいですね．

Version Information

Software	Version
qiskit	0.45.1
qiskit_experiments	0.5.4

	System information
Python version	3.10.12

1. 波形については，量子ビットのパルス操作シミュレーションでも少し紹介しました． ↩

2. durationやsigmaが設定した値の2倍となって表示されていることが分かります．おそらく単位が異なるのだろうと思っているのですが，原因はよく分かっていません． ↩