ちょっとIBM Qを触ってみたので、QISKitについてまとめておきます。
2017年11月時点の記事であり、最新の内容ではありません。
導入
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IBM Qについて
- 量子ゲート式の量子コンピュータ
- IBM quantumexperienceのアカウントを作成することで無料で利用可能
- 公式サイト
- IBM沼田さんによる解説記事 にあるようにGUIで量子回路を設計してSimulator or 実機で計算が可能
- 2017年11月現在, 主に利用できるのは5 qubitのibmqx4, Qiitaにも解説記事はいくつかある
- 量子コンピュータで１＋１を計算する: シミュレータで00,01同士の足し算をした記事
- 量子コンピュータ（実機）で量子フーリエ変換する: ibmqx2を用いた量子フーリエ変換をした記事
- 量子ゲートについてはちゃんと行列表記のある英語wikiが今のところ個人的にわかりやすい
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QISKit
- IBM Researchと研究者によって与えられている、IBM Qにジョブ投げするためのKit
- Githubにチュートリアル用のJupyter, Python SDK, Swift SDK, JavaScript SDK, Python API, またユーザガイドやopenqasmのガイド等が存在
- ~~なぜか公式が英語と日本語に対応しており、~~Python SDKではマニュアルを読めば簡単に実装可能
- また公式の開発速度が結構な速度なので、公式の解説が最も頼りになります
- 日本語対応は終了している模様です(2019年追記)
- 量子コンピュータで1+1を計算する[実装編]: Python SDKの実装例の記事
QISKitにでてきたOpenQASMとは何か, APIとSDKの違いは何かについては以下では記述します。
OpenQASM
- OpenQASM: 量子アセンブリ言語(quantum assembly language (QASM))
- OpenQASMは量子回路を記述するための言語です
- IBM QのComposer画面から、OpenQASMを用いて回路設計が可能です
- 手順:
"Switch to Qasm Editor"をクリックすると、
QASMで回路を設計できるようになります
- 手順:
- QISKitのSDK, APIは内部でOpenQASMを記述しています
- Cross et al. (2017) Open Quantum Assembly Languageで詳細が記述されています
SDK
例えば1+1のシミュレータ計算は下記のように計算できますが、
from qiskit import QuantumProgram
import json
def read_api():
f_api = open("../api_token.json", "r")
api_dic = json.load(f_api)
QX_TOKEN = api_dic["api"]
QX_URL = "https://quantumexperience.ng.bluemix.net/api"
return(QX_TOKEN, QX_URL)
class Q_Circuit():
_Name = "summation"
_Num_qr = 4
_Num_cr = 4
def summation():
qp = QuantumProgram()
token, url = read_api()
qp.set_api(token, url)
#Qbitの設定
qr = qp.create_quantum_register("qr", Q_Circuit._Num_qr)
cr = qp.create_classical_register("cr", Q_Circuit._Num_cr)
qc = qp.create_circuit(Q_Circuit._Name, [qr], [cr])
#回路部分
qc.h(qr[0])
qc.h(qr[1])
qc.ccx(qr[0], qr[1], qr[2])
qc.cx(qr[0], qr[3])
qc.cx(qr[1], qr[3])
qc.measure(qr, cr)
print(qp.get_qasm(Q_Circuit._Name)) #QASMコードの取得
result = qp.execute([Q_Circuit._Name], shots=1024) #計算の実行
print(result.get_data(Q_Circuit._Name))
if __name__ == '__main__':
summation()
print(qp.get_qasm(Q_Circuit._Name)) で取得できるように、またqiskitの中身( _quantumcircuit.py, _quantumregister.py )を見ればわかるように、内部ではOPENQASMが使われています。
(executeはデフォルトがbackend="local_qasm_simulator")
API
APIはより直接的に、OpenQASMそのものを記述してIBM Qに送ります(参考コード)。
1+1の場合、先程のOPENQASMを利用して、シミュレータで、
from IBMQuantumExperience import IBMQuantumExperience
import json
def read_api():
f_api = open("../api_token.json", "r")
api_dic = json.load(f_api)
QX_TOKEN = api_dic["api"]
QX_URL = "https://quantumexperience.ng.bluemix.net/api"
return(QX_TOKEN, QX_URL)
def Qasm_Code():
qasm = """//OPENQASM 2.0
OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc";
qreg q[4];
creg c[4];
h q[0];
h q[1];
ccx q[0],q[1],q[2];
cx q[0],q[3];
cx q[1],q[3];
measure q[3] -> c[0];
measure q[2] -> c[1];
measure q[1] -> c[2];
measure q[0] -> c[3];
"""
return(qasm)
def main():
token, url = read_api()
IBMQ = IBMQuantumExperience(token)
qasm = Qasm_Code()
result = IBMQ.run_experiment(qasm, shots= 1024,name='api_test', timeout=60)
print(result.values() )
if __name__ == '__main__':
main()
とすることで計算を実行できます。(run_experimentのデフォルトがbackend='simulator',
IBMQuantumExperience.py)
ibmqx4に計算を投げる場合はrun_experimentをbackend="ibmqx4"と指定します。
(上記の回路設計ではibmqx4では計算が走らないので、適宜qasmを変える必要があります)
API経由で投げた計算は、IBM QのComposerページのQuantum Scoresに結果が溜まってしまうのが注意点です。