在Python使用 Qiskit 的带有量子电路的经典非逻辑门

在本文中，我们将看到如何使用量子门在给定的输入（0 或 1）上应用非门，我们必须将 0 转换为 1，将 1 转换为 0。这可以在经典计算机中轻松完成，但是如何我们可以在量子计算机中做到这一点吗？我们必须以量子位表示输入，然后在该量子位中应用 X（量子计算机中非门的表示）操作，然后返回结果量子位

QISKIT是位于一侧量子算法和另一侧物理量子设备之间的包。它将Python等常见的编程语言翻译成量子机器语言。这意味着 IBM Q 实验室之外的任何人都可以对量子计算机进行编程。

要安装此模块，请在终端中运行这些命令：

pip3 install qiskit

方法：

• 使用内置函数QuantumCircuit 创建一个具有单个经典量子位和位的量子电路qc ，该函数采用第一个参数“no。整数中的量子位”和第二个参数“no。整数位数”并返回量子电路。 （ QuantumCircuit(1, 1) 返回一个量子位 q[0] 和一位 c[0] 的量子电路）
• 以量子位表示输入（'0' 表示量子位状态 |0>，'1' 表示 |1>）：
  • 使用 qiskit函数reset() 重置 qc 量子位。
  • 由于量子位最初是|0⟩，所以对于'0'的输入，我们不需要做任何事情。
  • 对于 '1' 的输入，我们做一个 X 将 |0⟩ 旋转到 |1⟩。 x()函数用于对给定参数应用非门。
• 使用barrier() 在输入状态和门操作之间设置屏障。
• 在量子位 0 上应用 NOT，我们可以使用 x 在它上面做一个 NOT
• 在门操作和测量之间设置障碍
• 最后，我们提取量子位 q[0] 的 |0⟩/|1⟩ 输出，并使用 qiskit measure()函数其编码到位 c[0] 中。
• 要可视化并查看电路图，请使用 qiskit draw()函数。

下面是实现：

Python3

# importing qiskit
from qiskit import * 
  
# importing plot_histogram to visualize Output
from qiskit.visualization import plot_histogram 
import numpy as np
  
  
def NOT(inp):
  
    # Creating a quantum circuit with a 
    # single qubit and a single classical bit using 
    qc = QuantumCircuit(1, 1)
    qc.reset(0)
  
    # We encode '0' as the qubit state |0⟩, and '1' as |1⟩
    # Since the qubit is initially |0⟩, so for
    # an input of 0, we don't need to do anything.
    # For an input of '1', we do an x to rotate the |0⟩ to |1⟩
    # The x() function is to apply NOT gate on given parameter.
    if inp == '1':
          
        # applying NOT on qubit 0.
        qc.x(0) 
  
    # barrier between input state and gate operation
    qc.barrier()
  
    # Now we've encoded the input,
    # we can do a NOT on it using x
      
    # NOT on |0> converted to |1> and wise verse.
    qc.x(0) 
  
    # barrier between gate operation and measurement
    qc.barrier()
  
    # Finally, we extract the |0⟩/|1⟩ output of
    # the qubit q[0] and encode it in the bit c[0]
    qc.measure(0, 0)
      
    # to visualize
    qc.draw('mpl') 
  
    # To run the program on a simulator
    backend = Aer.get_backend('qasm_simulator')
      
    # Since the output will be deterministic,
    # so we can use just a single shot to get it
    job = execute(qc, backend, shots=1, memory=True)
    output = job.result().get_memory()[0]
  
    return qc, output
  
# Sending input to NOT function
for inp in ['0', '1']:
    qc, out = NOT(inp)
      
    print('NOT with input', inp, 'gives output', out)
    display(qc.draw())
    print('\n')

输出：