QCIS 原生指令¶
概览¶
- 模块：
fieldqkit.circuit.qcis - 源文件：
qcis.py - 作用：提供 QCIS 原生指令原语，以及将
QuantumCircuit直接转换为 QCIS 指令字符串的能力 - QCIS 原生门集：
X2P、X2M、Y2P、Y2M、RZ、CZ（以及I用于 delay）
注意：本模块直接读取
QuantumCircuit.gates（tuple IR），不经过 QASM 文本中转。
核心类¶
Instruction（dataclass）¶
表示一条 QCIS 指令。
@dataclass
class Instruction:
name: str # 指令名（小写，如 'x2p', 'rz', 'cz'）
qubit_index: List[int] # 作用 qubit 索引列表
arguments: Optional[List[Union[int, float]]] = None # 参数列表（如旋转角），默认 None
| 属性 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
name |
str |
指令名称 |
qubit_index |
List[int] |
作用的 qubit 索引列表 |
arguments |
Optional[List[Union[int, float]]] |
指令参数（角度、delay 时长等），默认 None |
__str__ 方法生成标准 QCIS 格式字符串，例如：
Instruction("x2p", [0])→"X2P Q0"Instruction("rz", [1], [1.5708])→"RZ Q1 1.5708"Instruction("cz", [0, 1])→"CZ Q0 Q1"
NativeQcisRules¶
将标准量子门分解为 QCIS 原生门序列的规则集。每个方法为 @staticmethod，输入一条 Instruction，返回 list[Instruction]。
类常量：
| 常量 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
pi |
round(math.pi, 6) |
使用 6 位精度的 π |
i_duration |
60 |
默认 identity delay 时长 |
分解规则一览：
单比特离散门¶
| 方法 | 门 | QCIS 分解 |
|---|---|---|
x(inp) |
X | X2P · X2P |
y(inp) |
Y | Y2P · Y2P |
z(inp) |
Z | RZ(π) |
h(inp) |
H | Y2M · RZ(π) |
sx(inp) |
√X | X2P |
sxdg(inp) |
√X† | X2M |
s(inp) |
S | RZ(π/2) |
sdg(inp) |
S† | RZ(−π/2) |
t(inp) |
T | RZ(π/4) |
tdg(inp) |
T† | RZ(−π/4) |
id(inp) |
I | I(60) |
单比特参数门¶
| 方法 | 门 | QCIS 分解 |
|---|---|---|
rx(inp) |
Rx(θ) | Y2M · RZ(θ) · Y2P |
ry(inp) |
Ry(θ) | X2P · RZ(θ) · X2M |
rz(inp) |
Rz(θ) | RZ(θ)（直通） |
u(inp) |
U(θ,φ,λ) | RZ(λ) · X2P · RZ(θ) · X2M · RZ(φ) |
延时¶
delay 门由 circuit_to_qcis 直接处理，不经过 NativeQcisRules。QuantumCircuit.delay() 以秒存储时长；circuit_to_qcis 自动转换为纳秒后写入 QCIS I 指令。
双比特门¶
| 方法 | 门 | QCIS 分解 |
|---|---|---|
cx(inp) |
CX | Y2M(target) · CZ · Y2P(target) |
cz(inp) |
CZ | CZ（直通） |
cy(inp) |
CY | X2P(target) · CZ · X2M(target) |
swap(inp) |
SWAP | CX · CX(反向) · CX |
三比特门¶
| 方法 | 门 | QCIS 分解 |
|---|---|---|
ccx(inp) |
CCX (Toffoli) | 标准 H-CX-T-T† 分解（15 条原生指令） |
主转换函数¶
circuit_to_qcis(qc: QuantumCircuit) -> str¶
将 QuantumCircuit 直接转换为 QCIS 指令字符串，无需经过 QASM 文本中转。
| 参数 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
qc |
QuantumCircuit |
待转换线路。应已完成 transpile（仅含 basis 门）。 |
返回：QCIS 指令字符串（每条指令一行）。
异常：
- NotImplementedError：线路含 NativeQcisRules 未覆盖的门。
功能门处理：
| gate tuple | QCIS 输出 |
|---|---|
('measure', [q...], [c...]) |
每个 qubit 生成 M Q<i> |
('reset', q) |
RST Q<q> |
('barrier', qubits) |
B Q<q0> Q<q1> ... |
('delay', t, qubits) |
每个 qubit 生成 I Q<i> <t> |
示例¶
基本用法¶
from fieldqkit.circuit import QuantumCircuit
from fieldqkit.circuit.qcis import circuit_to_qcis
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
qc.measure_all()
print(circuit_to_qcis(qc))
# Y2M Q0
# RZ Q0 3.141593
# Y2M Q1
# CZ Q0 Q1
# Y2P Q1
# M Q0
# M Q1
分解规则¶
QCIS 的门分解规则集中定义在 NativeQcisRules 中（每个门对应一个静态方法，返回 Instruction 列表）。
from fieldqkit.circuit.qcis import NativeQcisRules, Instruction
# NativeQcisRules 中每个门的分解形如：
# @staticmethod
# def h(inp):
# return [Instruction("y2m", inp.qubit_index),
# Instruction("rz", inp.qubit_index, [NativeQcisRules.pi])]