OriginIR、OriginIR-ext 与 OpenQASM 2.0 的关系¶

概览¶

UnifiedQuantum 支持三种量子线路描述语言，它们之间存在明确的超集-子集关系：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    OriginIR-ext (超集)                       │
│  UnifiedQuantum 的默认本地编程语言                             │
│                                                             │
│  ┌────────────────────────────────────────────────────────┐  │
│  │              OriginIR (官方子集)                        │  │
│  │        本源量子云服务接受的格式                           │  │
│  │                                                        │  │
│  │    ┌──────────────────────────────────────────────┐    │  │
│  │    │           两者共有的基础门集                   │    │  │
│  │    │  H, X, Y, Z, S, SX, T, I                    │    │  │
│  │    │  RX, RY, RZ, U1, U2, U3                     │    │  │
│  │    │  CNOT, CZ, SWAP, TOFFOLI, CSWAP             │    │  │
│  │    └──────────────────────────────────────────────┘    │  │
│  └────────────────────────────────────────────────────────┘  │
│                                                             │
│  OriginIR-ext 额外支持：                                     │
│    门: ECR, ISWAP, XX, YY, ZZ, XY, PHASE2Q, UU15           │
│         RPhi, RPhi90, RPhi180                               │
│    特性: DEF/ENDDEF, error channels                         │
│    语法: inline dagger, controlled_by                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                  OpenQASM 2.0 (跨平台)                       │
│        IBM / Quafu / Quark 平台的提交格式                     │
│        与 OriginIR 有部分重叠，但非超集关系                     │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

三种语言的定位¶

语言	定位	使用场景
OriginIR-ext	UnifiedQuantum 默认本地语言	本地编程、模拟、开发调试。`circuit.originir` 输出此格式
OriginIR (官方)	本源量子云服务接受的语言	提交到 OriginQ 云平台时自动转换为此格式
OpenQASM 2.0	跨平台标准	提交到 IBM、Quafu、Quark 平台

OriginIR-ext 相对 OriginIR 的扩展¶

扩展门集¶

以下门在 OriginIR-ext 中可直接使用，提交到 OriginQ 云时会自动分解为官方门：

门	类型	分解为
`ECR`	2q, 0p	X, RX, CNOT, S
`ISWAP`	2q, 0p	S, H, CNOT
`XX(theta)`	2q, 1p	H, CNOT, RZ
`YY(theta)`	2q, 1p	RX, CNOT, RZ
`ZZ(theta)`	2q, 1p	CNOT, RZ
`XY(theta)`	2q, 1p	XX, YY (递归分解)
`PHASE2Q(t1,t2,tzz)`	2q, 3p	U1, CU1
`UU15(params)`	2q, 15p	U3, XX, YY, ZZ (KAK 分解)
`RPhi(theta,phi)`	1q, 2p	RZ, RX
`RPhi90(phi)`	1q, 1p	RZ, RX
`RPhi180(phi)`	1q, 1p	RZ, RX

扩展特性¶

DEF/ENDDEF: 子程序定义块，支持参数化复用
Error Channels: 噪声模拟通道（Depolarizing, BitFlip, PhaseFlip 等）
Inline 语法: dagger 后缀、controlled_by(q[...]) 子句（替代 DAGGER/CONTROL 块）

转换路径¶

OriginIR-ext ──convert_originir_ext_to_originir()──▶ OriginIR (官方)
     │                                                    │
     │                                                    │
     ├──circuit.qasm──────────────────────────────────▶ QASM 2.0
     │                                                    │
     │                                                    │
OriginIR ──convert_qasm_to_oir()──────────────────────◀ QASM 2.0

编程接口¶

from uniqc import Circuit
from uniqc.compile import convert_originir_ext_to_originir

c = Circuit(2)
c.h(0)
c.iswap(0, 1)          # OriginIR-ext 扩展门
c.xx(0, 1, 0.5)        # OriginIR-ext 扩展门

# 本地使用：OriginIR-ext 格式（默认）
print(c.originir)

# 提交到 OriginQ 云：自动转换为官方 OriginIR
print(c.originir_official)

# 手动转换
official_str = convert_originir_ext_to_originir(c.originir)

编译器管线中的转换¶

from uniqc.compile import compile

# output_format="originir" → 输出官方 OriginIR（已分解扩展门）
result = compile(circuit, output_format="originir")

# output_format="originir-ext" → 输出 OriginIR-ext（保留扩展门）
result = compile(circuit, output_format="originir-ext")

# output_format="auto" → 根据输入自动选择（OriginIR 输入默认输出 originir-ext）
result = compile(circuit, output_format="auto")

何时使用哪种格式¶

日常开发: 使用 OriginIR-ext。通过 Circuit API 构建线路，circuit.originir 即为 OriginIR-ext 格式
提交到 OriginQ 云: 使用 circuit.originir_official 或 compile(output_format="originir")，扩展会自动分解
提交到 IBM/Quafu/Quark: 使用 QASM 格式，compile(output_format="qasm") 或 circuit.qasm
本地模拟: 接受 OriginIR-ext 格式，无需转换

官方 OriginIR 的完整规范见 OriginIR 官方规范。 OriginIR-ext 的完整规范见 OriginIR-ext 规范。