旋转与态制备¶
旋转与态制备算子提供任意维幺正旋转和从 |0⟩ 制备目标量子态的能力。
概述¶
算子 |
操作 |
幺正类 |
|---|---|---|
|
作用任意维幺正矩阵 |
BaseOperator |
|
从 |
BaseOperator |
---
Rot_GeneralUnitary（通用幺正旋转）¶
操作: 对寄存器作用一个任意 \(2^n \times 2^n\) 幺正矩阵。
参数:
reg— 目标寄存器（名称或 ID）matrix— 幺正矩阵（DenseMatrix_complex或 NumPy 数组）
Dagger: 作用矩阵的共轭转置。
用途: 当标准门库无法直接表达所需的变换时，可以通过矩阵形式直接指定。
备注
矩阵维度必须与寄存器的希尔伯特空间维度 \(2^n\) 匹配，其中 \(n\) 为寄存器比特数。
import numpy as np
import pysparq as ps
ps.System.clear()
ps.System.add_register("q", ps.UnsignedInteger, 2)
state = ps.SparseState()
# 定义 4x4 幺正矩阵
matrix = np.eye(4, dtype=complex)
matrix[0, 0] = 0
matrix[0, 3] = 1
matrix[3, 3] = 0
matrix[3, 0] = 1
op = ps.Rot_GeneralUnitary("q", matrix)
op(state)
# 撤销
op.dag(state)
---
Rot_GeneralStatePrep（量子态制备）¶
操作: 将寄存器从 |0⟩ 态制备为目标量子态。
参数:
reg— 目标寄存器（名称或 ID）state_vector— 目标态矢量（复数列表或 NumPy 数组）
Dagger: 将目标态映射回 |0⟩。
数学表示: 给定目标态 \(|\psi\rangle = \sum_i \alpha_i |i\rangle\)，构造幺正 \(U\) 使得 \(U|0\rangle = |\psi\rangle\)。
警告
该算子要求寄存器当前处于 |0⟩ 态。如果寄存器已有非零值，行为未定义。
import numpy as np
import pysparq as ps
ps.System.clear()
ps.System.add_register("q", ps.UnsignedInteger, 2)
state = ps.SparseState()
# 制备 Bell 态的简化版：均匀叠加
target = np.array([0.5, 0.5, 0.5, 0.5], dtype=complex)
op = ps.Rot_GeneralStatePrep("q", target)
op(state)
ps.pprint(state)
# |q=0⟩ : (0.5+0j)
# |q=1⟩ : (0.5+0j)
# |q=2⟩ : (0.5+0j)
# |q=3⟩ : (0.5+0j)
辅助函数¶
stateprep_unitary_build_schmidt¶
操作: 使用 Schmidt 分解构造态制备所需的幺正矩阵。
用途: 当需要手动构建或检查 Rot_GeneralStatePrep 的内部矩阵时使用。