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circuits builders

模块

  • fieldqkit.core.circuits

包含函数

  • build_ghz
  • build_cluster
  • build_qft
  • build_ising_time_evolution
  • build_heisenberg_time_evolution
  • build_xxz_time_evolution
  • build_xy_time_evolution

函数说明

build_ghz(num_qubits: int, measure: bool = False) -> QuantumCircuit

  • 作用：构造链式纠缠 GHZ 线路（H(0) + CX 链）。
  • 参数：
    • num_qubits：量子比特数。
    • measure：为 True 时在末尾追加 barrier + measure_all()。
  • 返回：QuantumCircuit。

build_cluster(num_qubits: int, measure: bool = False) -> QuantumCircuit

  • 作用：构造 1D cluster-like 线路（全 H 后按偶奇邻边施加 CZ）。
  • 参数：同上。
  • 返回：QuantumCircuit。

build_qft(num_qubits: int, measure: bool = False, with_swaps: bool = True) -> QuantumCircuit

  • 作用：构造 QFT 线路（Hadamard + controlled-phase）。
  • 参数：
    • with_swaps：是否追加末尾比特反转 SWAP（canonical QFT 输出顺序）。
    • 其余同上。
  • 返回：QuantumCircuit。

build_ising_time_evolution(num_qubits: int, j: float, h: float, t: float, steps: int = 1, measure: bool = False) -> QuantumCircuit

  • 作用：构造一阶 Trotter 的 transverse-field Ising 时间演化线路。
  • 哈密顿量：$H = J \sum_i Z_i Z_{i+1} + h \sum_i X_i$（正号约定，与 build_ising_hamiltonian 差一个整体负号）。
  • 关键结构：每步执行 RZZ(2 j dt) 双比特块与 RX(2 h dt) 单比特块（直接使用底层原生 rzz 门）。
  • 参数：
    • j：ZZ 耦合强度。
    • h：横场强度。
    • t：总演化时间。
    • steps：Trotter 步数，步长为 $dt=t/steps$。
    • measure：同上。
  • 返回：QuantumCircuit。

build_heisenberg_time_evolution(num_qubits, t, jx=1.0, jy=1.0, jz=1.0, hz=0.0, steps=1, measure=False) -> QuantumCircuit

  • 作用：构造一阶 Trotter 的 Heisenberg 时间演化线路。
  • 哈密顿量：$H = \sum_i (J_x X_i X_{i+1} + J_y Y_i Y_{i+1} + J_z Z_i Z_{i+1}) + h_z \sum_i Z_i$（与 build_heisenberg_hamiltonian 一致）。
  • 关键结构：每步顺序施加原生 RXX(2 J_x dt) / RYY(2 J_y dt) / RZZ(2 J_z dt) 双比特块以及 RZ(2 h_z dt) 纵场。
  • 系数为零的项会被跳过，避免引入冗余门。
  • 返回：QuantumCircuit。

build_xxz_time_evolution(num_qubits, t, jxy=1.0, jz=1.0, hz=0.0, steps=1, measure=False) -> QuantumCircuit

  • 作用：构造一阶 Trotter 的 XXZ 时间演化线路。
  • 哈密顿量：$H = J_{xy} \sum_i (X_i X_{i+1} + Y_i Y_{i+1}) + J_z \sum_i Z_i Z_{i+1} + h_z \sum_i Z_i$（与 build_xxz_hamiltonian 一致）。
  • 关键结构：原生 RXX / RYY / RZZ 三种双比特门 + 可选 RZ 纵场。
  • 返回：QuantumCircuit。

build_xy_time_evolution(num_qubits, t, jx=1.0, jy=1.0, hz=0.0, steps=1, measure=False) -> QuantumCircuit

  • 作用：构造一阶 Trotter 的 XY 时间演化线路。
  • 哈密顿量：$H = J_x \sum_i X_i X_{i+1} + J_y \sum_i Y_i Y_{i+1} + h_z \sum_i Z_i$（与 build_xy_hamiltonian 一致）。
  • 关键结构：原生 RXX / RYY 双比特门 + 可选 RZ 纵场。
  • 返回：QuantumCircuit。

角度约定：原生 r_PP(\theta) = \exp(-i (\theta/2) P\otimes P)，因此每个项的耦合系数 $J$ 与时间步长 $dt$ 通过 r_PP(2 J dt) 传入。

measure=True 行为

  • 四个构造函数都会在尾部统一追加：
    • qc.barrier()
    • qc.measure_all()
  • 若 measure=False，返回纯量子演化线路，便于后续编译、基变换或观测量分组测量。

常见报错

  • 各函数一般不会主动做参数合法性检查；非法 num_qubits/steps 会在后续门操作或数值阶段暴露错误（build_qft 的受控相位通过 rz/cx 基本门分解实现，不依赖 cp/cu1/crz 方法）。

示例

from fieldqkit.core.circuits import (
        build_ghz,
        build_cluster,
        build_qft,
        build_ising_time_evolution,
        build_heisenberg_time_evolution,
        build_xxz_time_evolution,
        build_xy_time_evolution,
)

qc1 = build_ghz(6, measure=False)
qc2 = build_cluster(6, measure=True)
qc3 = build_qft(5, with_swaps=True)
qc4 = build_ising_time_evolution(4, j=1.0, h=0.7, t=0.8, steps=2)
qc5 = build_heisenberg_time_evolution(4, t=0.8, jx=1.0, jy=1.0, jz=0.5, hz=0.1, steps=4)
qc6 = build_xxz_time_evolution(4, t=0.8, jxy=1.0, jz=0.5, steps=4)
qc7 = build_xy_time_evolution(4, t=0.8, jx=1.0, jy=1.0, steps=4)

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