量子機械学習 PennyLane の量子回路の表示方法

はじめに

量子機械学習 PennyLane を使う上で、量子回路を図示するのは最初に一歩となりますので、その方法について紹介します。

このページの例は google colab 上で再現できます。

ご本家の例

qml.drawer.use_style という関数が定義されていて、この使い方のサンプルの下記のページに書かれています。

import pennylane as qml
qml.drawer.use_style('black_white')

@qml.qnode(qml.device('lightning.qubit', wires=(0,1,2,3)))
def circuit(x, z):
    qml.QFT(wires=(0,1,2,3))
    qml.Toffoli(wires=(0,1,2))
    qml.CSWAP(wires=(0,2,3))
    qml.RX(x, wires=0)
    qml.CRZ(z, wires=(3,0))
    return qml.expval(qml.PauliZ(0) @ qml.PauliZ(2))

fig, ax = qml.draw_mpl(circuit)(1.2345,1.2345)
fig.show()

基本的にはこれを使えばOKです。次のような図が生成されます。

スタイルと見た目の関係

いくつかのスタイルが用意されているので、その一覧をここでは紹介します。

用意されているスタイルは、

# 使用可能なスタイルを確認する
qml.drawer.available_styles()
('black_white',
 'black_white_dark',
 'sketch',
 'pennylane',
 'sketch_dark',
 'solarized_light',
 'solarized_dark',
 'default')

の８つあります(2023.9.25時点)。

これらを、

import pennylane as qml

for style in qml.drawer.available_styles():
  qml.drawer.use_style(style)

  @qml.qnode(qml.device('lightning.qubit', wires=(0,1,2,3)))
  def circuit(x, z):
      qml.QFT(wires=(0,1,2,3))
      qml.Toffoli(wires=(0,1,2))
      qml.CSWAP(wires=(0,2,3))
      qml.RX(x, wires=0)
      qml.CRZ(z, wires=(3,0))
      return qml.expval(qml.PauliZ(0) @ qml.PauliZ(2))

  fig, ax = qml.draw_mpl(circuit)(1.2345,1.2345)
  ax.set_title(style)
  fig.savefig(style+".png")
  fig.show()

を実行して、図を生成します。

結果を整理すると、下記のようなスタイルと図の関係になりますので、好きなデザインでプロットしましょう。