วัด Qubit

เวอร์ชันของ package

โค้ดในหน้านี้พัฒนาโดยใช้ requirement ต่อไปนี้ แนะนำให้ใช้เวอร์ชันเหล่านี้หรือใหม่กว่า

qiskit[all]~=2.3.0
qiskit-ibm-runtime~=0.43.1

เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของ Qubit สามารถ วัด มันลงใน classical bit ได้ ใน Qiskit การวัดทำในฐาน computational basis นั่นคือฐาน Pauli-$Z$ แบบ single-qubit ดังนั้น การวัดจะให้ผลลัพธ์ 0 หรือ 1 ขึ้นอยู่กับการซ้อนทับกับ eigenstate ของ Pauli-$Z$ คือ $|0\rangle$ และ $|1\rangle$:

$$|q\rangle \xrightarrow{measure}\begin{cases} 0 (\text{outcome}+1), \text{with probability } p_0=|\langle q|0\rangle|^{2}\text{,} \\ 1 (\text{outcome}-1), \text{with probability } p_1=|\langle q|1\rangle|^{2}\text{.} \end{cases}$$

การวัดกลางวงจร

การวัดกลางวงจร (mid-circuit measurements) เป็นองค์ประกอบสำคัญของ dynamic circuit ก่อนหน้า qiskit-ibm-runtime v0.43.0 measure เป็นคำสั่งการวัดเพียงอย่างเดียวใน Qiskit อย่างไรก็ตาม การวัดกลางวงจรมีความต้องการการปรับแต่งที่แตกต่างจากการวัด terminal (การวัดที่เกิดขึ้นที่ท้าย Circuit) ตัวอย่างเช่น ต้องพิจารณาระยะเวลาของคำสั่งเมื่อปรับแต่งการวัดกลางวงจร เพราะคำสั่งที่ยาวกว่าทำให้ Circuit มีสัญญาณรบกวนมากขึ้น ไม่จำเป็นต้องพิจารณาระยะเวลาคำสั่งสำหรับการวัด terminal เพราะไม่มีคำสั่งหลังจากการวัด terminal

ใน qiskit-ibm-runtime v0.43.0 คำสั่ง MidCircuitMeasure ได้รับการแนะนำ ตามชื่อที่บ่งบอก มันเป็นคำสั่งการวัดใหม่ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการวัดกลางวงจรบน IBM® QPU

หมายเหตุ

คำสั่ง MidCircuitMeasure map ไปยังคำสั่ง measure_2 ที่รายงานใน supported_instructions ของ Backend อย่างไรก็ตาม measure_2 ไม่รองรับบน Backend ทั้งหมด ใช้ service.backends(filters=lambda b: "measure_2" in b.supported_instructions) เพื่อค้นหา Backend ที่รองรับ อาจมีการเพิ่มการวัดใหม่ในอนาคต แต่ไม่มีการรับประกัน

ใช้การวัดกับ Circuit

มีหลายวิธีในการใช้การวัดกับ Circuit:

วิธี QuantumCircuit.measure

ใช้วิธี measure เพื่อวัด QuantumCircuit

ตัวอย่าง:

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit qiskit-ibm-runtime

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(5, 5)
qc.x(0)
qc.x(1)
qc.x(4)
qc.measure(
    range(5), range(5)
)  #  Measures all qubits into the corresponding clbit.

<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260490>

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure(1, 0)  # Measure qubit 1 into the classical bit 0.

<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260820>

คลาส Measure

คลาส Measure ของ Qiskit วัด Qubit ที่ระบุ

from qiskit.circuit import Measure

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 1])
qc.append(Measure(), [0], [0])  # measure qubit 0 into clbit 0

<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260df0>

วิธี QuantumCircuit.measure_all

เพื่อวัด Qubit ทั้งหมดลงใน classical bit ที่สอดคล้องกัน ใช้วิธี measure_all โดยค่าเริ่มต้น วิธีนี้จะเพิ่ม classical bit ใหม่ใน ClassicalRegister เพื่อเก็บการวัดเหล่านี้

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure_all()  # Measure all qubits.

วิธี QuantumCircuit.measure_active

เพื่อวัด Qubit ทั้งหมดที่ไม่ได้อยู่ในสถานะว่าง ใช้วิธี measure_active วิธีนี้สร้าง ClassicalRegister ใหม่ที่มีขนาดเท่ากับจำนวน Qubit ที่ไม่ได้อยู่ในสถานะว่างที่กำลังวัด

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure_active()  # Measure qubits that are not idle, that is, qubits 0 and 2.

วิธี MidCircuitMeasure

ใช้ MidCircuitMeasure เพื่อใช้การวัดกลางวงจร (ต้องใช้ qiskit-ibm-runtime v0.43.0 หรือใหม่กว่า) แม้ว่าจะสามารถใช้ QuantumCircuit.measure สำหรับการวัดกลางวงจรได้ แต่เนื่องจากการออกแบบของมัน MidCircuitMeasure มักเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า ตัวอย่างเช่น มันเพิ่ม overhead ให้กับ Circuit น้อยกว่าเมื่อเทียบกับการใช้ QuantumCircuit.measure

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
from qiskit_ibm_runtime.circuit import MidCircuitMeasure
from qiskit.circuit import Measure

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

circ = QuantumCircuit(2, 2)
circ.x(0)
circ.append(MidCircuitMeasure(), [0], [0])
# circ.measure([0], [0])
# circ.measure_all()
print(circ.draw(cregbundle=False))

┌───┐┌────────────┐
q_0: ┤ X ├┤0           ├
     └───┘│            │
q_1: ─────┤  Measure_2 ├
          │            │
c_0: ═════╡0           ╞
          └────────────┘
c_1: ═══════════════════

หมายเหตุสำคัญ

• ต้องมี classical register อย่างน้อยหนึ่งรายการเพื่อใช้การวัด
• Sampler primitive ต้องการการวัด Circuit สามารถเพิ่มการวัด Circuit กับ Estimator primitive ได้ แต่จะถูกละเว้น

ขั้นตอนถัดไป

คำแนะนำ

• คลาส Measure
• วิธี measure_all
• วิธี measure_active
• วิธี random_circuit