こんにちは、Juliaを使って量子コンピュータの計算がしたいです。前回はITensorというテンソルネットワークのライブラリを使って、そこから派生したLinQu.jlを使いたかったのですが、開発途中ぽいので、きちんとしているYao.jlを使うことにしました。 Juliaはインターフェイスがちょっと。。。な感じですが、めげずに使っていきたいと思います。今回はYao.jlのチュートリアルをちょっと改造して、簡単にして、GHZの計算をしてみたいと思います。 <h2>準備</h2>インストールをします。 <pre class="ql-syntax" spellcheck="false">import Pkg; Pkg.add([&#34;Yao&#34;, &#34;StatsBase&#34;, &#34;Plots&#34;])
</pre> この辺りを使いました。早速ツールを読み込んで使ってみましょう。 <pre class="ql-syntax" spellcheck="false">using Yao, StatsBase, Plots
</pre> <h2>量子回路の記述</h2>チェーンで記述できます。 <a href="https://tutorials.yaoquantum.org/dev/generated/quick-start/1.prepare-ghz-state/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://tutorials.yaoquantum.org/dev/generated/quick-start/1.prepare-ghz-state/</a> こちらのチュートリアルを参考にしますが、ちょっと長くて疲れるので、短くしました。 <pre class="ql-syntax" spellcheck="false">circuit = chain(
  4,
  put(1=&gt;H),
  control(1, 2=&gt;X),
  control(2, 3=&gt;X),
  control(3, 4=&gt;X)
)

results = zero_state(4) |&gt; circuit |&gt; r-&gt;measure(r, nshots=10)
</pre> 量子ビットを準備して、Hゲートを適用しました。その後階段状にCXを配置しています。最後に0状態からスタートし、回路を適用して、10回測定を行います。結果は、、、 <pre class="ql-syntax" spellcheck="false">10-element Array{BitBasis.BitStr{4,Int64},1}:
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 1111 ₍₂₎
 1111 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 1111 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 1111 ₍₂₎
</pre> めちゃくちゃ簡単に計算できました。上記の量子回路部分を工夫すればいけそうですね。 <h2>回路を繋げてみる</h2>回路を別々に書いて繋げてみました。 <pre class="ql-syntax" spellcheck="false">circuit1 = chain(
  4,
  put(1=&gt;H),
)

circuit2 = chain(
  4,
  control(1, 2=&gt;X),
  control(2, 3=&gt;X),
  control(3, 4=&gt;X)
)

results = zero_state(4) |&gt; circuit1 |&gt; r-&gt;measure(r, nshots=10)
</pre> <pre class="ql-syntax" spellcheck="false">10-element Array{BitBasis.BitStr{4,Int64},1}:
 0000 ₍₂₎
 0001 ₍₂₎
 0001 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0001 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0001 ₍₂₎
 0001 ₍₂₎
</pre> 最初の方は重ね合わせです。量子ビットは右から数えるタイプのようです。 <pre class="ql-syntax" spellcheck="false">results = zero_state(4) |&gt; circuit1 |&gt; circuit2 |&gt; r-&gt;measure(r, nshots=10)
</pre> <pre class="ql-syntax" spellcheck="false">10-element Array{BitBasis.BitStr{4,Int64},1}:
 1111 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 0000 ₍₂₎
 1111 ₍₂₎
</pre> 繋げて実行することで、GHZもできました。使い方は書き方に慣れれば普通に使えますね！便利です。Juliaで量子計算しましょう！以上です。

Julia + Yao.jlを使った量子計算

Yuichiro Minato