第一个寄存器程序¶

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这篇教程生成一个 Bell 态。你会用到一个寄存器、两条门操作和参考执行器。完成后，再把同一程序保存为 RIR 和 OriginIR-ext。

定义操作¶

Bits(2) 定义一个两位寄存器。我们先让低位进入叠加态，再以它为控制，对高位做 XOR。

from oracq import Bits, Builder, simulate

# 声明一个名为 bell_pair 的模块，公开接口是一个名为 pair 的两位 bits 寄存器。
b = Builder("bell_pair", {"pair": Bits(2)})
# 对 pair 的第 0 位（最低位）广播 H 门：|0> -> (|0>+|1>)/sqrt(2)。
b.h(b["pair"][0])
# 以第 0 位为源、第 1 位为目标做 XOR（逐位 CNOT）：得到 (|00>+|11>)/sqrt(2)。
b.xor(b["pair"][0], b["pair"][1])
# 结束构建，得到不可变的 Operation（含模块与指令体）。
operation = b.finish()
# 取出其中的 RIR Program：entry 指向 bell_pair，modules 里只有这一个模块。
program = operation.program()
# 用无依赖的参考执行器模拟，返回稀疏振幅。
state = simulate(program)
# 打印执行结果，下面的输出块会逐字复现这行打印。
print(state.amplitudes)

# 振幅键是入口寄存器按声明顺序拼接出的整数元组；(0,) 即 00，(3,) 即 11。
assert set(state.amplitudes) == {(0,), (3,)}
# 两个基态的幅度都应为 1/sqrt(2)。
assert abs(state.amplitudes[(0,)] - 2**-0.5) < 1e-12
assert abs(state.amplitudes[(3,)] - 2**-0.5) < 1e-12

{(0,): (0.7071067811865475+0j), (3,): (0.7071067811865475+0j)}

Builder 逐条收集上面的调用，finish() 返回不可变的 Operation。打印出的字典就是执行结果：键是入口寄存器的整数值组成的元组，0 表示 00，3 表示 11；0.7071067811865475 是 1/√2 的双精度表示。

保存和导出¶

from oracq import dumps, loads, export_originir

# 序列化为规范 YAML：按键排序、两空格缩进，模块与指令结构原样保留。
text = dumps(program)
# 打印全文；输出块里用 ... 省略了重复的中段。
print(text)
# 反序列化回 Program 对象；解码是严格的，并会重新跑语义校验。
restored = loads(text)
# 往返应逐字节等价：寄存器名、视图和模块结构都不丢失。
assert restored == program
# 导出为模块化 OriginIR-ext 文本。
artifact = export_originir(restored)
# 文本里应出现 DEF 模块定义：导出不会内联调用、不会展开成平坦门列表。
assert "DEF" in artifact.text
# 打印 OriginIR-ext 文本；文本自带结尾换行，故 end=""。
print(artifact.text, end="")

entry: bell_pair
modules:
  - attributes: []
    body:
      - angle: null
        op: h
        operands:
          - parts:
              - register: pair
                start: 0
                ...
              ...
        tag: Primitive
        value: null
      ...
    locals: []
    name: bell_pair
    ...
tag: Program
version: '0.1'

QINIT 2
CREG 0
DEF m_bell_pair_d029b74cecc4332d414ece8a(v_pair[2])
H v_pair[0]
CNOT v_pair[0], v_pair[1]
ENDDEF
m_bell_pair_d029b74cecc4332d414ece8a(q[0], q[1])

dumps 生成前半段的文本，loads 解码时会重新执行 validate 的语义校验；export_originir 返回的 OriginIRArtifact 携带后半段的文本。前半段是规范 YAML 的骨架：Program 持有模块表，模块的 body 里是指令，指令操作数用 register、start 等字段保留寄存器名与视图；... 之外的内容与实际打印逐字一致。后半段是 OriginIR-ext 文本：QINIT 2 声明两位量子寄存器，CREG 0 表示没有经典寄存器；DEF m_bell_pair_<指纹> 定义模块，后缀是由模块内容确定的指纹，同一模块只会导出一份定义；最后一行把入口量子位 q[0], q[1] 绑定到模块形参。导出不会先把所有调用复制成一个平坦门列表。

simulate 适合这种小规模检查。需要实际后端时，仍使用同一个 Program，改为调用 run_pysparq 或 run_originir。

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