mindquantum.simulator.Simulator ================================ .. image:: https://mindspore-website.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/website-images/r2.2/resource/_static/logo_source.svg :target: https://gitee.com/mindspore/mindquantum/blob/r0.9/docs/api_python/simulator/mindquantum.simulator.Simulator.rst :alt: 查看源文件 .. py:class:: mindquantum.simulator.Simulator(backend, n_qubits=None, seed=None, dtype=None, *args, **kwargs) 模拟量子线路的量子模拟器。 参数： - **backend** (str) - 想要的后端。通过调用 `get_supported_simulator()` 可以返回支持的后端。 - **n_qubits** (int) - 量子模拟器的量子比特数量。默认值： ``None``。 - **seed** (int) - 模拟器的随机种子，如果为 ``None``，种子将由 `numpy.random.randint` 生成。默认值： ``None``。 - **dtype** (mindquantum.dtype) - 模拟器的数据类型。 异常： - **TypeError** - 如果 `backend` 不是str。 - **TypeError** - 如果 `n_qubits` 不是int。 - **TypeError** - 如果 `seed` 不是int。 - **ValueError** - 如果不支持 `backend` 。 - **ValueError** - 如果 `n_qubits` 为负数。 - **ValueError** - 如果 `seed` 小于0或大于 :math:`2^23 - 1` 。 .. py:method:: apply_circuit(circuit, pr=None) 在模拟器上应用量子线路。 参数： - **circuit** (Circuit) - 要应用在模拟器上的量子线路。 - **pr** (Union[ParameterResolver, dict, numpy.ndarray, list, numbers.Number]) - 线路的ParameterResolver。如果线路不含参数，则此参数应为None。默认值： ``None``。 返回： MeasureResult或None，如果线路具有测量门，则返回MeasureResult，否则返回None。 .. py:method:: apply_gate(gate, pr=None, diff=False) 在此模拟器上应用门，可以是量子门或测量算子。 参数： - **gate** (BasicGate) - 要应用的门。 - **pr** (Union[numbers.Number, numpy.ndarray, ParameterResolver, list]) - 含参门的参数。默认值： ``None``。 - **diff** (bool) - 是否在模拟器上应用导数门。默认值： ``False``。 返回： int或None，如果是该门是测量门，则返回坍缩态，否则返回None。 异常： - **TypeError** - 如果 `gate` 不是BasicGate。 - **ValueError** - 如果 `gate` 的某个量子比特大于模拟器本身的量子比特。 - **ValueError** - 如果 `gate` 是含参的，但没有提供参数。 - **TypeError** - 如果 `gate` 是含参的，但 `pr` 不是ParameterResolver。 .. py:method:: apply_hamiltonian(hamiltonian: Hamiltonian) 将hamiltonian应用到模拟器上，这个hamiltonian可以是hermitian或non hermitian。 .. note:: 应用hamiltonian后，量子态可能不是归一化量子态。 参数： - **hamiltonian** (Hamiltonian) - 想应用的hamiltonian。 .. py:method:: astype(dtype, seed=None) 将模拟器转化给定的数据类型。 .. note:: 量子模拟器中的状态将从原始模拟器中复制。 参数： - **dtype** (mindquantum.dtype) - 新模拟器的数据类型。 - **seed** (int) - 新模拟器的随机数种子。默认值： ``None``。 .. py:method:: copy() 复制模拟器。 返回： 模拟器，当前模拟器的副本。 .. py:method:: dtype :property: 返回模拟器的数据类型。 .. py:method:: entropy() 计算当前量子态的冯诺伊曼熵。 冯诺伊曼熵 :math:`S` 的定义如下。 .. math:: S(\rho) = -\text{tr}(\rho \ln \rho) 其中 :math:`\rho` 是密度矩阵。 返回： numbers.Number，当前量子态的冯诺伊曼熵。 .. py:method:: get_expectation(hamiltonian, circ_right=None, circ_left=None, simulator_left=None, pr=None) 得到给定hamiltonian的期望。hamiltonian可能是非厄米共轭的。该方法旨在计算期望值，如下所示： .. math:: E = \left<\varphi\right|U_l^\dagger H U_r \left|\psi\right> 其中 :math:`U_l` 是circ_left，:math:`U_r` 是circ_right，:math:`H` 是hams，:math:`\left|\psi\right>` 是模拟器当前的量子态，:math:`\left|\varphi\right>` 是 `simulator_left` 的量子态。 参数： - **hamiltonian** (Hamiltonian) - 想得到期望的hamiltonian。 - **circ_right** (Circuit) - 表示 :math:`U_r` 的线路。如果为 ``None``，则选择空线路。默认值： ``None``。 - **circ_left** (Circuit) - 表示 :math:`U_l` 的线路。如果为 ``None``，则将设置成 ``circ_right`` 一样的线路。默认值： ``None``。 - **simulator_left** (Simulator) - 包含 :math:`\left|\varphi\right>` 的模拟器。如果无，则 :math:`\left|\varphi\right>` 被假定等于 :math:`\left|\psi\right>`。默认值： ``None``。 - **pr** (Union[Dict[str, numbers.Number], ParameterResolver]) - 线路中的参数。默认值： ``None``. 返回： numbers.Number，期望值。 .. py:method:: get_expectation_with_grad(hams, circ_right, circ_left=None, simulator_left=None, parallel_worker=None, pr_shift=False) 获取一个返回前向值和关于线路参数梯度的函数。该方法旨在计算期望值及其梯度，如下所示： .. math:: E = \left<\varphi\right|U_l^\dagger H U_r \left|\psi\right> 其中 :math:`U_l` 是circ_left，:math:`U_r` 是circ_right，:math:`H` 是hams，:math:`\left|\psi\right>` 是模拟器当前的量子态，:math:`\left|\varphi\right>` 是 `simulator_left` 的量子态。 参数： - **hams** (Union[:class:`~.core.operators.Hamiltonian`, List[:class:`~.core.operators.Hamiltonian`]]) - 需要计算期望的 :class:`~.core.operators.Hamiltonian` 或者一组 :class:`~.core.operators.Hamiltonian`。 - **circ_right** (:class:`~.core.circuit.Circuit`) - 上述 :math:`U_r` 电路。 - **circ_left** (:class:`~.core.circuit.Circuit`) - 上述 :math:`U_l` 电路，默认情况下，这个线路将为 ``None``，在这种情况下， :math:`U_l` 将等于 :math:`U_r` 。默认值： ``None``。 - **simulator_left** (:class:`~.simulator.Simulator`) - 包含 :math:`\left|\varphi\right>` 的模拟器。如果无，则 :math:`\left|\varphi\right>` 被假定等于 :math:`\left|\psi\right>`。默认值： ``None``。 - **parallel_worker** (int) - 并行器数目。并行器可以在并行线程中处理batch。默认值： ``None``。 - **pr_shift** (bool) - 是否使用 parameter-shift rule。仅在mqvector模拟器中可用，当电路包含噪声信道时该参数将自动启用。请注意，并非所有门都适用于相同移位值 π/2，因此 FSim 门和自定义参数化门的梯度将通过有限差分法计算，差分值为 0.001。默认值： ``False``。 返回： GradOpsWrapper，一个包含生成梯度算子信息的梯度算子包装器。 .. py:method:: get_partial_trace(obj_qubits) 计算当前密度矩阵的偏迹。 参数： - **obj_qubits** (Union[int, list[int]]) - 对哪些量子比特（子系统）求偏迹。 返回： numpy.ndarray，密度矩阵的偏迹。 .. py:method:: get_pure_state_vector() 若当前密度矩阵是纯态，则获得相应的态矢量。 密度矩阵 :math:`\rho` 和态矢量 :math:`\left| \psi \right>` 的关系如下。 .. math:: \rho = \left| \psi \right>\!\left< \psi \right| 注意：态矢量 :math:`\left| \psi \right>` 可能包含一个任意的全局相位 :math:`e^{i\phi}`。 返回： numpy.ndarray，由当前纯态密度矩阵计算出的态矢量。 .. py:method:: get_qs(ket=False) 获取模拟器的当前量子态。 参数： - **ket** (bool) - 是否以ket格式返回量子态。默认值： ``False``。 返回： numpy.ndarray，当前量子态。 .. py:method:: n_qubits() :property: 获取模拟器的量子比特数。 返回： int，当前模拟器的量子比特数。 .. py:method:: purity() 计算当前量子态的纯度。 纯度 :math:`\gamma` 的定义如下所示。 .. math:: \gamma \equiv \text{tr}(\rho^2) 其中 :math:`\rho` 是密度矩阵。 返回： numbers.Number，当前量子态的纯度。 .. py:method:: reset() 将模拟器重置为0态。 .. py:method:: sampling(circuit, pr=None, shots=1, seed=None) 在线路中对测量比特进行采样。采样不会改变模拟器的量子态。 参数： - **circuit** (Circuit) - 要进行演化和采样的电路。 - **pr** (Union[None, dict, ParameterResolver]) - 线路的parameter resolver，如果线路是含参线路则需要提供pr。默认值： ``None``。 - **shots** (int) - 采样线路的次数。默认值： ``1``。 - **seed** (int) - 采样的随机种子。如果为None，则种子将是随机的整数。默认值： ``None``。 返回： MeasureResult，采样的统计结果。 .. py:method:: set_qs(quantum_state) 设置模拟器的量子态。 参数： - **quantum_state** (numpy.ndarray) - 想设置的量子态。 .. py:method:: set_threads_number(number) 设置最大线程数。 参数： - **number** (int) - 设置模拟器中线程池所使用的线程数。