mindquantum.io.BlochScene

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class mindquantum.io.BlochScene(config=None)[源代码]

在布洛赫球中展示单量子比特的量子态。

参数：

  • config (Union[dict, str]) - 布洛赫球风格配置文件。如果为 None ，系统将会使用内置的风格配置文件。除了内置格式，当前还支持 dark 风格。默认值： None 。

样例：

>>> import matplotlib.pyplot as plt
>>> import numpy as np
>>> from mindquantum.core.gates import RX, RZ
>>> from mindquantum.io.display import BlochScene
>>> state = np.array([1, 1 + 1j])/np.sqrt(3)
>>> scene = BlochScene()
>>> fig, ax = scene.create_scene()
>>> scene.add_state(ax, state)
>>> plt.show()
>>> n_step = 100
>>> amps = np.zeros((n_step, 2), dtype=np.complex128)
>>> for i, angle in enumerate(np.linspace(0, np.pi * 2, n_step)):
...     state = RZ(angle).matrix() @ RX(np.pi / 4).matrix() @ np.array([[1], [0]])
...     state = state.T[0]
...     amps[i] = state
>>> scene = BlochScene('dark')
>>> fig, ax = scene.create_scene()
>>> scene.add_state(ax, np.array([1, 1 - 1j])/np.sqrt(3), with_proj=False)
>>> objs = scene.add_state(ax, amps[0], linecolor='r')
>>> anim = scene.animation(fig, ax, objs, amps,history_len=10)
>>> plt.show()
add_3d_arrow(ax, data, *args, **kwargs)[源代码]

在给定Axes中添加一个三维方向箭头。

参数：

  • ax (mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D) - 想要添加三维箭头的三维Axes。

  • data (list) - 具有六个元素的列表，其中前三个表示箭头的起始坐标，后三个表示箭头相对与起始位置的偏移量。

  • args (tuple) - FancyArrowPatch 所需要的其他位置参数。

  • kwargs (dict) - FancyArrowPatch 所需要的其他关键字参数。

add_ket_label(ax, *args, fontsize=None, **kwargs)[源代码]

在给定的Axes中设置布洛赫球坐标轴的右矢标签。

参数：

  • ax (mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D) - 想要添加右矢标签的三维Axes。

  • args (tuple) - 右矢标签中 matplotlib 的 text 对象的其他位置参数。

  • kwargs (dict) - 右矢标签中 matplotlib 的 text 对象的其他关键字参数。

  • fontsize (int) - 标签字体大小。如果为 None ，字体大小将取 BlochScene 的配置文件中键 ket_label_fs 对应的值。默认值： None 。

add_state(ax, amp, linecolor=None, linewidth=None, pointcolor=None, pointsize=None, marker=None, projcolor=None, mode=None, with_proj=None, stick_args=None, stick_kwargs=None, point_args=None, point_kwargs=None, proj_args=None, proj_kwargs=None)[源代码]

在布洛赫球中添加一个单比特量子态。

参数：

  • ax (mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D) - 想要添加量子态的三维Axes。

  • amp (numpy.ndarray) - 量子态。

  • linecolor (str) - 线的颜色。如果为 None ，系统将会从 BlochScene 的 config 中取键 stick_c 对应的值。默认值： None 。

  • linewidth (numbers.Number) - 线宽度。如果为 None ，系统将会从 BlochScene 的 config 中取键 stick_w 对应的值。默认值： None 。

  • pointcolor (str) - 顶点的颜色。如果为 None ，系统将会从 BlochScene 的 config 中取键 point_c 对应的值。默认值： None 。

  • pointsize (numbers.Number) - 顶点的大小。如果为 None ，系统将会从 BlochScene 的 config 中取键 point_s 对应的值。默认值： None 。

  • marker (str) - 顶点的标记。如果为 None ，系统将会从 BlochScene 的 config 中取键 point_m 对应的值。默认值： None 。

  • projcolor (str) - 投影线的颜色。如果为 None ， 系统将会从 BlochScene 的 config 中取键 proj_c 对应的值。默认值： None 。

  • mode (str) - 怎样展示量子态。可以是 'stick'、 'point' 或 'both'。如果为 None ，系统将会从 BlochScene 的 config 中取键 state_mode 对应的值。默认值： None 。

  • with_proj (bool) - 是否展示量子态在x、y和z轴上的投影。如果为 None ，系统将会从 BlochScene 的 config 中取键 with_proj 对应的值。默认值： None 。

  • stick_args (tuple) - 绘制量子态的轴线的位置参数。这些参数会被传入到 Axes3D.plot 中。默认值： None 。

  • stick_kwargs (dict) - 绘制量子态的轴线的关键字参数。这些参数会被传入到 Axes3D.plot 中。默认值： None 。

  • point_args (tuple) - 量子态端点的其他位置参数。这些参数会被传入到 Axes3D.scatter 中。默认值： None 。

  • point_kwargs (dict) - 量子态端点的其他关键字参数。这些参数会被传入到 Axes3D.scatter 中。默认值： None 。

  • proj_args (tuple) - 投影线的其他位置参数。这些参数会被传入到 Axes3D.plot 中。默认值： None 。

  • proj_kwargs (dict) - 投影线的其他关键字参数。这些参数会被传入到 Axes3D.plot 中。默认值： None 。

返回：

dict，由折线、端点和投影线构成的字典。

animation(fig, ax, objs, new_amps: np.ndarray, interval=15, with_trace=True, history_len=None, **kwargs)[源代码]

在布洛赫球上动画展示给定量子态。

参数：

  • fig (matplotlib.figure.Figure) - 布洛赫球场景所在的figure。

  • ax (mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D) - 布洛赫球场景所在的Axes。

  • objs (dict) - 通过 BlochScene.add_state 产生的对象。

  • new_amps (numpy.ndarray) - 所有需要动画展示的量子态。

  • interval (int) - 帧之间的时间间隔，单位为毫秒。默认值： 15。

  • with_trace (bool) - 是否展示量子态动画的轨迹。默认值： True。

  • history_len (int) - 量子态动画的轨迹长度。如果为 None ，长度为所有需要动画展示的量子态的个数。默认自： None 。

  • kwargs (dict) - 传入 animation.FuncAnimation 的其他关键字参数。

返回：

animation.FuncAnimation，matplotlib中的动画句柄对象。

circle_xy(ax, *args, angle=np.pi / 2, **kwargs)[源代码]

在布洛赫球上绘制于xy平面平行的圆。

参数：

  • ax (mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D) - 想要绘制平行于xy平面的圆的Axes。

  • args (tuple) - 传入给 Axes3D.plot 的位置参数。

  • angle (numbers.Number) - 圆相对于z轴的仰角。默认值：π / 2。

  • kwargs (dict) - 传入给 Axes3D.plot 的关键字参数。

circle_yz(ax, *args, angle=0, **kwargs)[源代码]

在布洛赫球上绘制于yz平面平行的圆。

参数：

  • ax (mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D) - 想要绘制平行于yz平面的圆的Axes。

  • args (tuple) - 传入给 Axes3D.plot 的位置参数。

  • angle (numbers.Number) - 相对与z轴的旋转角度。默认值： 0。

  • kwargs (dict) - 传入给 Axes3D.plot 的关键字参数。

create_scene()[源代码]

根据 BlochScene.config 创建默认的布洛赫球场景。

gen_fig_ax(boxes=None)[源代码]

创建一个三维的画布。

参数：

  • boxes (list) - 四维的浮点数数组，分别为左边界，底边，宽度和高度。如果为 None ，左边界和底边将为0，宽度和高度将为1。默认值： None 。

plot_slice(ax, x, y, z, frame_color, frame_alpha, surface_color, surface_alpha, frame_args=None, frame_kwargs=None, surface_args=None, surface_kwargs=None)[源代码]

在xy、yz和zx平面上创建参考平面。

参数：

  • ax (mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D) - 需要添加参考面的三维Axes。

  • x (numpy.ndarray) - 参考面的x轴坐标。

  • y (numpy.ndarray) - 参考面的y轴坐标。

  • z (numpy.ndarray) - 参考面的z轴坐标。

  • frame_color (str) - 边框的颜色。

  • frame_alpha (numbers.Number) - 边框的透明度。

  • surface_color (str) - 参考面的颜色。

  • surface_alpha (numbers.Number) - 参考面的透明度。

  • frame_args (tuple) - 传入给 Axes3D.plot_wireframe 的其他位置参数。

  • frame_kwargs (dict) - 传入给 Axes3D.plot_wireframe 的其他关键字参数。

  • surface_args (tuple) - 传入给 Axes3D.plot_surface 的其他位置参数。

  • surface_kwargs (dict) - 传入给 Axes3D.plot_surface 的其他关键字参数。

set_view(ax, elev=0, azim=0)[源代码]

以合适的角度来展示布洛赫球。

参数：

  • ax (mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D) - 需要设置视图的三维Axes。

  • elev (numbers.Number) - 以度为单位时，当前方位绕z轴转动的角度。

  • azim (numbers.Number) - 以度为单位时，当前方位相对与 (x, y) 平面的仰角。默认值： 0。

static state_to_cor(amp: np.ndarray)[源代码]

将单比特量子态转化为布洛赫球上的三维坐标。

参数：

  • amp (numpy.ndarray) - 单比特量子态。

返回：

numpy.ndarray，量子态在布洛赫球中的三维坐标。

update(objs: dict, new_amp: np.ndarray)[源代码]

利用给定的量子态来更新通过 BlochScene.add_state 接口输出的对象。

参数：

  • objs (dict) - 通过 BlochScene.add_state 接口输出的对象。

  • new_amp (numpy.ndarray) - 新的量子态。