키스킷 시작하기¶
키스킷을 이용하는 작업흐름은 다음의 세 가지 높은 수준의 단계로 이루어져있다:
빌드: 고려중인 문제를 나타내는 양자 회로의 설계.
실행: 다양한 후위 처리 장치를 통해 실험 실행하기 (여기에는 시스템과 시뮬레이터가 포함된다).
분석: 요약한 통계를 계산하고 실험 결과를 가시화.
다음 항목에서 자세한 설명과 함께 각각의 단계와 전체 작업 흐름을 보여주는 예제가 있다:
import numpy as np
from qiskit import(
QuantumCircuit,
execute,
Aer)
from qiskit.visualization import plot_histogram
# Use Aer's qasm_simulator
simulator = Aer.get_backend('qasm_simulator')
# Create a Quantum Circuit acting on the q register
circuit = QuantumCircuit(2, 2)
# Add a H gate on qubit 0
circuit.h(0)
# Add a CX (CNOT) gate on control qubit 0 and target qubit 1
circuit.cx(0, 1)
# Map the quantum measurement to the classical bits
circuit.measure([0,1], [0,1])
# Execute the circuit on the qasm simulator
job = execute(circuit, simulator, shots=1000)
# Grab results from the job
result = job.result()
# Returns counts
counts = result.get_counts(circuit)
print("\nTotal count for 00 and 11 are:",counts)
# Draw the circuit
circuit.draw()
Total count for 00 and 11 are: {'00': 472, '11': 528}
┌───┐ ┌─┐
q_0: ┤ H ├──■──┤M├───
└───┘┌─┴─┐└╥┘┌─┐
q_1: ─────┤ X ├─╫─┤M├
└───┘ ║ └╥┘
c: 2/═══════════╩══╩═
0 1 # Plot a histogram
plot_histogram(counts)
순차적 작업 흐름¶
위의 프로그램은 다음의 여섯 단계로 나누어 질 수 있다:
패키지 가져오기
변수 초기화하기
게이트 추가하기
회로 시각화하기
실험 시뮬레이션하기
결과 시각화하기
1단계: 패키지 가져오기¶
프로그램에 필요한 기본적인 요소들은 다음과 같이 가져올 수 있다:
import numpy as np
from qiskit import(
QuantumCircuit,
execute,
Aer)
from qiskit.visualization import plot_histogram
좀 더 자세하게, 가져올 패키지는
QuantumCircuit: 양자 시스템의 설명서로 생각할 수 있다. 여기에는 모든 양자 연산을 포함된다.execute: 회로를 실행하고, 실험을 실행한다.Aer: 시뮬레이터 후위 처리장치를 다룬다.plot_histogram: 히스토그램을 생성한다.
2단계: 변수 초기화하기¶
다음 코드를 살펴보자
circuit = QuantumCircuit(2, 2)
여기 2개의 큐비트를 0으로 초기화하고, 2개의 고전적인 비트를 0으로 초기화 하는 경우를 생각해 보자. circuit 은 양자 회로를 말한다.
문법:
QuantumCircuit(int, int)
3단계: 게이트 추가하기¶
회로의 레지스터를 조작하기 위한 게이트 (연산) 을 추가할 수 있다.
다음 세 줄의 코드를 보자:
circuit.h(0)
circuit.cx(0, 1)
circuit.measure([0,1], [0,1])
게이트들은 벨 상태를 형성하기 위해 하나씩 회로에 추가될 수 있다
위의 코드는 다음의 게이트들에 적용된다:
QuantumCircuit.h(0): 하다마드 게이트 \(H\) 큐비트 0에 작용해서 그것을 중첩 상태 로 만든다.QuantumCircuit.cx(0, 1): 제어 큐비트 0과 목적 큐비트 1에 controlled-Not 연산(\(C_{X}\))을 수행, 결과적으로 큐빗들을 얽힘 상태 로 만든다.QuantumCircuit.measure([0,1], [0,1]): 만약 전체 양자 및 고전 레지스터를측정한다면, i 번째 큐비트의 측정 결과는 i 번째 고전 비트에 저장될 것이다.
4단계: 회로 시각화하기¶
교과서 및 연구 자료에서 사용되는 다양한 형태로 설계된 회로를 보기 위해서 qiskit.circuit.QuantumCircuit.draw() 를 사용할 수 있다.
circuit.draw()
┌───┐ ┌─┐
q_0: ┤ H ├──■──┤M├───
└───┘┌─┴─┐└╥┘┌─┐
q_1: ─────┤ X ├─╫─┤M├
└───┘ ║ └╥┘
c: 2/═══════════╩══╩═
0 1 이 회로에서는 큐비트들이 0 큐비트은 위쪽에 1 큐비트은 아래쪽에 놓이도록 순서가 정해져 있다. 회로는 왼쪽에서 오른쪽으로 읽혀지는데, 이것은 가장 왼쪽의 게이트들이 회로에서 먼저 적용된다는 것을 의미한다.
QuantumCircuit.draw() 이나 qiskit.visualization.circuit_drawer() 에 사용되는 기본 후위 처리 장치는 문자 후위 처리 장치이다. 그러나 사용되어지는 지역 환경에 따라서, 당신은 필요에 맞는 좀 더 적절한 후위 처리 장치를 기본으로 설정할 수 있다. 이러한 설정은 사용자 환경 파일에서 변경될 수 있는데, 기본으로 사용자 설정 파일은 ~/.qiskit/settings.conf 디렉토리에 저장되어 있고 .ini 를 확장자로 가진 파일들이다.
예를 들어 settings.conf 파일은 Matplotlib를 설정:
[default]
circuit_drawer = mpl
이 설정의 값으로 유효한 회로 그리기 후위 처리 장치를 사용할 수 있고, 여기서 값은 text, mpl, latex, latex_source를 포함한다.
5단계: 실험 시뮬레이션하기¶
키스킷 에어는 양자 회로를 위한 고성능 시뮬레이터 프레임워크이다. 이는 여러 다양한 시뮬레이션 목적을 이루기 위해서 여러 후위 처리 장치 를 제공한다.
만약 에어를 설치하는데 문제가 발생한다면, `BasicAer`를 `Aer`로 교체함으로서 기본 에어를 사용한다. 기본 에어는 키스킷 테라에 포함되어 있다.
import numpy as np
from qiskit import(
QuantumCircuit,
execute,
BasicAer)
...
이 회로를 시뮬레이션 하기 위해 qasm_simulator 명령어를 사용해 볼 수 있다. 각각의 회로 시뮬레이션 결과는 00 혹은 11의 비트 문자열을 보여줄 것이다.
simulator = Aer.get_backend('qasm_simulator')
job = execute(circuit, simulator, shots=1000)
result = job.result()
counts = result.get_counts(circuit)
print("\nTotal count for 00 and 11 are:",counts)
Total count for 00 and 11 are: {'00': 513, '11': 487}
예상할 수 있듯이 출력 비트 문자열은 대략 50 퍼센트의 확률로 00일 것이다. 회로가 몇 번 실행될 것인가는 execute 함수에 shots 전달인자를 어떻게 정하느냐에 따라 달라진다. 시뮬레이션을 몇 번 실행할 것인지는 1000번으로 설정되었다 (기본값은 1024번이다).
result 객체를 얻은 후에는 이러한 시뮬레이션 횟수를 get_counts(circuit) 함수를 통해 접근할 수 있다. 이를 통해서 지금까지 실행했던 시뮬레이션의 결과들을 모두 합친 값을 제공한다.
다음 단계들¶
이제 여러분은 기본적인 것들을 다 배웠으니 다음의 학습 자료를 참고해라.