Ansatz-ul

Urmărește-o pe Victoria Lipinska explicând ce este un ansatz și de ce ne interesează în contextul unui solver cuantic variațional (VQE).

Referințe

Articolele de mai jos sunt menționate în videoclipul de mai sus.

Codul ansatz-ului

În lecția anterioară ai creat un Hamiltonian care descrie energia moleculei de interes și l-ai mapat într-un format util pentru un calculator cuantic. VQE folosește un circuit variațional pentru a pregăti stări cuantice. Aceste stări sunt apoi folosite pentru a determina valoarea de așteptare a Hamiltonianului (energia). Parametrii din circuitul variațional sunt variați până când calculul converge la o valoare de așteptare minimă. În contextul chimiei cuantice, aceasta ar trebui să fie energia stării fundamentale. Această lecție se concentrează pe circuitul variațional, numit și ansatz (un cuvânt german care înseamnă „abordare" sau „metodă"). În această lecție vei învăța

setul de ansaetze pre-construite disponibile în biblioteca de circuite
Cum să specifici sau să modifici caracteristicile unui ansatz
Cum să îți construiești propriul ansatz
exemple de ansaetze bune și proaste

Biblioteca de circuite Qiskit conține multe categorii de circuite care pot fi utilizate ca ansatz. Aici, vom restrânge discuția la circuite bi-locale (circuite formate din porți care acționează pe cel mult doi qubiți deodată). Efficient SU2 este un ansatz frecvent utilizat.

Un circuit efficient_su_2 constă din straturi de operații pe qubiți individuali generate de SU(2) (grupul unitar special de gradul 2, precum porțile de rotație Pauli) și entanglări CX. Acesta este un tipar euristic care poate fi util în algoritmii cuantici variționali precum VQE și circuitele de clasificare din învățarea automată cuantică (QML).

Vom începe cu un exemplu de circuit efficient_su2 cu patru qubiți și două tipuri de porți SU(2), să zicem rx și y. De asemenea, specificăm o schemă de entanglare și numărul de repetiții. Dacă pur și simplu .draw() circuitele, vei obține o reprezentare destul de abstractă. O diagramă de circuit mai ușor de înțeles se obține folosind .decompose().draw(), iar aici vom folosi `output = "mpl"'.

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit

from qiskit.circuit.library import efficient_su2

SU2_ansatz = efficient_su2(4, su2_gates=["rx", "y"], entanglement="linear", reps=1)
print(SU2_ansatz.draw())
SU2_ansatz.decompose().draw(output="mpl")

┌──────────┐┌───┐     ┌──────────┐   ┌───┐                     
q_0: ┤ Rx(θ[0]) ├┤ Y ├──■──┤ Rx(θ[4]) ├───┤ Y ├─────────────────────
     ├──────────┤├───┤┌─┴─┐└──────────┘┌──┴───┴───┐   ┌───┐         
q_1: ┤ Rx(θ[1]) ├┤ Y ├┤ X ├─────■──────┤ Rx(θ[5]) ├───┤ Y ├─────────
     ├──────────┤├───┤└───┘   ┌─┴─┐    └──────────┘┌──┴───┴───┐┌───┐
q_2: ┤ Rx(θ[2]) ├┤ Y ├────────┤ X ├─────────■──────┤ Rx(θ[6]) ├┤ Y ├
     ├──────────┤├───┤        └───┘       ┌─┴─┐    ├──────────┤├───┤
q_3: ┤ Rx(θ[3]) ├┤ Y ├────────────────────┤ X ├────┤ Rx(θ[7]) ├┤ Y ├
     └──────────┘└───┘                    └───┘    └──────────┘└───┘

Output of the previous code cell

Porțile SU(2) apar la început și la sfârșit, în ordinea și cu elementele specificate în su2_gates = [...]. Schema de entanglare linear înseamnă că porțile CX parcurg qubiții numerotați, entanglând 0 & 1, apoi 1 & 2, și tot așa, în diagonală de-a lungul circuitului. Așa cum te-ai putea aștepta, setând reps = 2 se adaugă pur și simplu un strat de entanglare și un strat SU(2) final. Setând reps = n se obțin n straturi de entanglare, cu straturi SU(2) între ele și la fiecare capăt.

SU2_ansatz2 = efficient_su2(
    4, su2_gates=["rx", "y", "z"], entanglement="linear", reps=2
)
SU2_ansatz2.decompose().draw(output="mpl")