Qiskit 1.0で量子計算

久しぶりにQiskitで遊ぼうと思って、Qiskit 0.43を使ったコードを動かしたところ、IBM Quantum Platformへジョブを投入できなくなっていることに気づきました。

せっかくの機会ということでQiskit 1.0.0を使ったコードに書き直したので、整理した内容を共有しようと思います。

1.0では、from qiskit import execute, Aer, IBMQが使えなくなっているため、これらの置き換えが主な変化点となります。

0. 準備

ライブラリをインストール

関連するライブラリをインストールします。
今回はqiskit 1.0.2, qiskit_ibm_runtime 0.22.0を使用します。

pip -q install qiskit==1.0.2
pip -q install qiskit[visualization]==1.0.2
pip -q install qiskit_ibm_runtime==0.22.0

アカウント作成 / APIトークンの取得

※既にお持ちの場合はスキップで大丈夫です

1. こちらにアクセスして、アカウントを作成してログイン
2. ログインすると画面右上にAPI Tokenが表示されているので、コピーして手元にメモ

アカウント作成手順は、こちらを参考にしました。

1. 量子回路の作成

ここは0.43と変わらず、同じコードで動きました。

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)

qc.draw('mpl')

Output:

2. 回路情報の取得（状態ベクトル, ユニタリ行列)

作成した量子回路の状態ベクトルやユニタリ行列の取得手順です。１行で書けるようになったので、以前よりコードがシンプルになりました。

状態ベクトル(State vector)

from qiskit.quantum_info import Statevector
statevector = Statevector(qc)
print(statevector)

Output:
Statevector([0.707+0.j, 0. +0.j, 0. +0.j, 0.707+0.j], dims=(2, 2))

ユニタリ行列(Unitary matrix)

from qiskit.quantum_info import Operator
matrix = Operator(qc)
print(matrix)

Output:
Operator([
　[ 0.707+0.j, 0.707+0.j, 0. +0.j, 0. +0.j ],
　[ 0. +0.j, 0. +0.j, 0.707+0.j, -0.707+0.j ],
　[ 0. +0.j, 0. +0.j, 0.707+0.j, 0.707+0.j ],
　[ 0.707+0.j, -0.707+0.j, 0. +0.j, 0. +0.j ]
], input_dims=(2, 2), output_dims=(2, 2))

3. 量子回路の実行

最後に、作成した量子回路の実行手順です。理想的な量子コンピュータシミュレーションを使った実行と、本物の量子コンピュータを使った実行について説明します。

理想的な量子コンピュータシミュレーションを手元で実行

from qiskit.providers.basic_provider import BasicSimulator

backend = BasicSimulator()
result = backend.run(qc, shots=1000).result()
counts = result.get_counts()

print(counts)

Output:
※今回は1000 shotsで実行したので count(|00>) + count(|11>) = 1000)
{'11': 509, '00': 491}

Visualization:

from qiskit.visualization import plot_histogram
plot_histgram(counts)

IBM Quantum Platformで実行

1. サービスに接続して、使用可能なバックエンド一覧を取得

   from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService, Session, Sampler
   
   api_token = 手順の最初にメモしたAPI token
   service = QiskitRuntimeService(channel='ibm_quantum', token=api_token)
   service.backends()
   

2. バックエンドを選択し、作成し量子回路をトランスパイルして、計算を実行

   from qiskit import transpile
   
   ibm_backend = service.get_backend('ibm_kyoto')
   
   transpiled_qc = transpile(qc, ibm_backend)
   result = ibm_backend.run(transpiled_qc, shots=1000).result()
   counts = result.get_counts()
   
   print(counts)
   

   ※空いてるバックエンドならなんでもOKというときは
   ibm_backend = service.least_busy(operational=True)
   と書いてもOKです

Output:
{'01': 32, '00': 456, '11': 489, '10': 23}

まとめ

Qiskit 1.0.0を使ったコードについて説明しました
実は、qiskit-aerを使った方法やQiskit Runtimeを使う方法など、コード実装に色々なパターンがあるようなのですが、今回はシンプルなパターンでのコード実装に絞って記事にしてみました。
「とりあえず、Qiskitで遊んでみたい！」という方は、よければご参考ください。