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Qubits messen

Paketversionen

Der Code auf dieser Seite wurde mit den folgenden Anforderungen entwickelt. Wir empfehlen die Nutzung dieser oder neuerer Versionen.

qiskit[all]~=2.3.0
qiskit-ibm-runtime~=0.43.1

Um Informationen über den Zustand eines Qubits zu erhalten, kannst du es auf ein klassisches Bit messen (measure). In Qiskit werden Messungen in der Berechnungsbasis durchgeführt, das heißt, der Ein-Qubit-Pauli-ZZ-Basis. Daher liefert eine Messung 0 oder 1, abhängig von der Überlappung mit den Pauli-ZZ-Eigenzuständen ∣0⟩|0\rangle und ∣1⟩|1\rangle:

∣q⟩→measure{0(outcome+1),with probability p0=∣⟨q∣0⟩∣2,1(outcome−1),with probability p1=∣⟨q∣1⟩∣2.|q\rangle \xrightarrow{measure}\begin{cases} 0 (\text{outcome}+1), \text{with probability } p_0=|\langle q|0\rangle|^{2}\text{,} \\ 1 (\text{outcome}-1), \text{with probability } p_1=|\langle q|1\rangle|^{2}\text{.} \end{cases}

Mid-Circuit-Messungen​

Mid-Circuit-Messungen sind eine Schlüsselkomponente von dynamischen Circuits. Vor qiskit-ibm-runtime v0.43.0 war measure die einzige Messanweisung in Qiskit. Mid-Circuit-Messungen haben jedoch andere Tuning-Anforderungen als terminale Messungen (Messungen, die am Ende eines Circuits stattfinden). Zum Beispiel musst du die Dauer der Anweisung beim Tuning einer Mid-Circuit-Messung berücksichtigen, da längere Anweisungen verrauschtere Circuits verursachen. Du musst die Anweisungsdauer für terminale Messungen nicht berücksichtigen, da es nach terminalen Messungen keine Anweisungen mehr gibt.

In qiskit-ibm-runtime v0.43.0 wurde die Anweisung MidCircuitMeasure eingeführt. Wie der Name schon sagt, ist es eine neue Messanweisung, die für die Mid-Circuit-Ausführung auf IBM® QPUs optimiert ist.

hinweis

Die Anweisung MidCircuitMeasure wird auf die Anweisung measure_2 abgebildet, die in den supported_instructions des Backends gemeldet wird. Jedoch wird measure_2 nicht auf allen Backends unterstützt. Nutze service.backends(filters=lambda b: "measure_2" in b.supported_instructions), um Backends zu finden, die sie unterstützen. Neue Messungen könnten in der Zukunft hinzugefügt werden, aber das ist nicht garantiert.

Eine Messung auf einen Circuit anwenden​

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Messungen auf einen Circuit anzuwenden:

QuantumCircuit.measure Methode​

Nutze die Methode measure, um einen QuantumCircuit zu messen.

Beispiele:

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit qiskit-ibm-runtime
from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(5, 5)
qc.x(0)
qc.x(1)
qc.x(4)
qc.measure(
    range(5), range(5)
)  #  Measures all qubits into the corresponding clbit.
<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260490>
from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure(1, 0)  # Measure qubit 1 into the classical bit 0.
<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260820>

Measure Klasse​

Die Qiskit Klasse Measure misst die spezifizierten Qubits.

from qiskit.circuit import Measure

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 1])
qc.append(Measure(), [0], [0])  # measure qubit 0 into clbit 0
<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260df0>

QuantumCircuit.measure_all Methode​

Um alle Qubits in die entsprechenden klassischen Bits zu messen, nutze die Methode measure_all. Standardmäßig fügt diese Methode neue klassische Bits in einem ClassicalRegister hinzu, um diese Messungen zu speichern.

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure_all()  # Measure all qubits.

QuantumCircuit.measure_active Methode​

Um alle Qubits zu messen, die nicht im Leerlauf sind, nutze die Methode measure_active. Diese Methode erstellt ein neues ClassicalRegister mit einer Größe gleich der Anzahl der nicht im Leerlauf befindlichen Qubits, die gemessen werden.

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure_active()  # Measure qubits that are not idle, that is, qubits 0 and 2.

MidCircuitMeasure Methode​

Nutze MidCircuitMeasure, um eine Mid-Circuit-Messung anzuwenden (erfordert qiskit-ibm-runtime v0.43.0 oder neuer). Während du QuantumCircuit.measure für eine Mid-Circuit-Messung nutzen kannst, ist MidCircuitMeasure aufgrund ihres Designs typischerweise eine bessere Wahl. Beispielsweise fügt sie deinem Circuit weniger Overhead hinzu, als wenn du QuantumCircuit.measure nutzt.

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
from qiskit_ibm_runtime.circuit import MidCircuitMeasure
from qiskit.circuit import Measure

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

circ = QuantumCircuit(2, 2)
circ.x(0)
circ.append(MidCircuitMeasure(), [0], [0])
# circ.measure([0], [0])
# circ.measure_all()
print(circ.draw(cregbundle=False))
┌───┐┌────────────┐
q_0: ┤ X ├┤0           ├
     └───┘│            │
q_1: ─────┤  Measure_2 ├
          │            │
c_0: ═════╡0           ╞
          └────────────┘
c_1: ═══════════════════
Wichtige Hinweise
  • Es muss mindestens ein klassisches Register geben, um Messungen nutzen zu können.
  • Der Sampler Primitive erfordert Circuit-Messungen. Du kannst Circuit-Messungen mit dem Estimator Primitive hinzufügen, aber sie werden ignoriert.

Nächste Schritte​

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