Оценить π с разным числом счётных кубитов
Запустите исходную get_pi_estimate с разным числом кубитов и напечатайте оценки π. Затем постройте график всех результатов.
Контекст автора: оценивается собственная фаза вентиля $P(1)=\operatorname{diag}(1,e^i)$ на состоянии $|1\rangle$. Угол вентиля равен 1 радиану; доля полного оборота, оцениваемая квантовым алгоритмом, равна $\phi=1/(2\pi)$. При n счётных кубитах наиболее частый измеренный результат y даёт $\widehat\phi=y/2^n$ и $\widehat\pi=2^n/(2y)$.
Исходный цикл использует n=2,…,12, по 10000 запусков для каждой схемы. Полная программа включает все авторские функции подготовки, обратного преобразования Фурье, запуска и построения графика. Исходный пример графика показан только в разборе.
## import the necessary tools for our work
from IPython.display import clear_output
from qiskit import *
from qiskit.visualization import plot_histogram
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plotter
from qiskit.tools.monitor import job_monitor
# Visualisation settings
import seaborn as sns, operator
sns.set_style("dark")
pi = np.pi
## Code for inverse Quantum Fourier Transform
## adapted from Qiskit Textbook at
## qiskit.org/textbook
def qft_dagger(circ_, n_qubits):
"""n-qubit QFTdagger the first n qubits in circ"""
for qubit in range(int(n_qubits/2)):
circ_.swap(qubit, n_qubits-qubit-1)
for j in range(0,n_qubits):
for m in range(j):
circ_.cp(-np.pi/float(2**(j-m)), m, j)
circ_.h(j)
## Code for initial state of Quantum Phase Estimation
## adapted from Qiskit Textbook at qiskit.org/textbook
## Note that the starting state is created by applying
## H on the first n_qubits, and setting the last qubit to |psi> = |1>
def qpe_pre(circ_, n_qubits):
circ_.h(range(n_qubits))
circ_.x(n_qubits)
for x in reversed(range(n_qubits)):
for _ in range(2**(n_qubits-1-x)):
circ_.cp(1, n_qubits-1-x, n_qubits)
## Run a Qiskit job on either hardware or simulators
def run_job(circ, backend, shots=1000, optimization_level=0):
t_circ = transpile(circ, backend, optimization_level=optimization_level)
qobj = assemble(t_circ, shots=shots)
job = backend.run(qobj)
job_monitor(job)
return job.result().get_counts()
simulator = Aer.get_backend('aer_simulator')
## Function to estimate pi
## Summary: using the notation in the Qiskit textbook (qiskit.org/textbook),
## do quantum phase estimation with the 'phase' operator U = p(theta) and |psi> = |1>
## such that p(theta)|1> = exp(2 x pi x i x theta)|1>
## By setting theta = 1 radian, we can solve for pi
## using 2^n x 1 radian = most frequently measured count = 2 x pi
def get_pi_estimate(n_qubits):
# create the circuit
circ = QuantumCircuit(n_qubits + 1, n_qubits)
# create the input state
qpe_pre(circ, n_qubits)
# apply a barrier
circ.barrier()
# apply the inverse fourier transform
qft_dagger(circ, n_qubits)
# apply a barrier
circ.barrier()
# measure all but the last qubits
circ.measure(range(n_qubits), range(n_qubits))
# run the job and get the results
counts = run_job(circ, backend=simulator, shots=10000, optimization_level=0)
# print(counts)
# get the count that occurred most frequently
max_counts_result = max(counts, key=counts.get)
max_counts_result = int(max_counts_result, 2)
# solve for pi from the measured counts
theta = max_counts_result/2**n_qubits
return (1./(2*theta))
# estimate pi using different numbers of qubits
nqs = list(range(2,12+1))
pi_estimates = []
for nq in nqs:
thisnq_pi_estimate = get_pi_estimate(nq)
pi_estimates.append(thisnq_pi_estimate)
print(f"{nq} qubits, pi ≈ {thisnq_pi_estimate}")
plotter.plot(nqs, [pi]*len(nqs), '--r')
plotter.plot(nqs, pi_estimates, '.-', markersize=12)
plotter.xlim([1.5, 12.5])
plotter.ylim([1.5, 4.5])
plotter.legend(['$\pi$', 'estimate of $\pi$'])
plotter.xlabel('Number of qubits', fontdict={'size':20})
plotter.ylabel('$\pi$ and estimate of $\pi$', fontdict={'size':20})
plotter.tick_params(axis='x', labelsize=12)
plotter.tick_params(axis='y', labelsize=12)
plotter.show()Предложить решение
Войти, чтобы отправить материал.