dann5.ocean 版本 2 (d5o2)

该项目旨在简化量子计算模型的编程，并演示更快开发交互式示例的方法，这将帮助您学习使用dann5 d5o 库在量子计算机上制定和解决问题量子编程类型和操作。d5o 库提供了将操作分配转换为 QUBO 的方法，然后可以在各种量子求解器上执行，例如使用 IBM Qiskit 的模拟量子门计算机，或使用 DWave Ocean 的量子退火器或混合计算机，或使用 Azure Quantum 的量子模拟器。Dann5 d5o 库提供了在 Python 中指定未定义和已定义变量的编程类型的方法，如 q-bit、q-boolean、q-binary、q-whole、q-integer、量子非负有理数和 q-有理数。然后可以通过应用适当的操作表达式来描述需要解决的问题，将指定的量子变量链接到量子逻辑分配中。在某种程度上 dann5 d5o 库是 D-Wave Ocean 工具堆栈的扩展，

Dann5 项目和 d5o 框架的目标是为 QA​​C 开发人员提供编程结构，例如：

• 标准类型：
  • Qbit † – 量子位，其中

    Qbit x ϵ { 0, 1, S(叠加) }

  • Qbool † – 量子布尔值，其中

    Qbool x ϵ { T(rue), F(alse), S(uperposition) }

  • Qbin † – 量子二进制，作为 Qbit 的数组

    Qbin x ≡ Qbit[ xi; 其中 xi ϵ Qbit & 0 <= i <= n ]

  • Qwhole – 量子整数（非负整数），其中

    Qwhole x ∈ { n | n ≥ 0                                         }
               {   | n = U(nknown) if ni = S | ni ϵ Qbit & ni ϵ n} }
    

  • Qint † – 量子整数，其中

    Qint x ∈ Qwhole U -Qwhole                                         }
    

  • Qnnr †† – 量子非负有理数，其中

    Qnnr x ∈ { r | r ∈ R(ational) & n≥0                          }
             {   | r = U(nknown) if ri = S | ri ϵ Qbit & ri ϵ r} }
    

  • Qrat †† – 量子有理数，其中

    Qreal x ∈ Qnnr U -Qnnr                                         }
    

• 定义：

  • 量子变量示例

    Qbit x(“x”) ⇛ 用处于 S(upperpostion) 状态的位初始化一个 Q 位变量

    Qbool y(“z”, d5o.Qbool.false()) ⇛ 用位 z = 0 初始化定义的 Q 二进制变量

    Qbin a(3, “a”) ⇛ 初始化一个未定义的 Q 二进制变量，其中 3 个量子位处于 S(upperpostion) 状态

    Qwhole b(“b”, 6) ⇛ 用值 6 初始化定义的 Q 整体变量 b，即包含 3 个具有确定值的 qbit：b0 = 0、b1 = 1 和 b2 = 1

    Qint i(3, “i”, -1) ⇛ 用值 -1 初始化定义的 Q 整个变量 i，即包含 3 个具有确定值的 qbits：i0 = 1 i1 = 1 和 i2 = 1

    Qnnr c(“c”, 2.5) ⇛ 用二进制值 10.1 初始化定义的 Q 非负有理变量 c，即 c-1 = 1, c0 = 0 和 c1 = 1 ††

    Qrat a(1.2, “d”) ⇛ 用 3 个量子比特初始化一个 Q 有理变量 d，作为未知有理数，即 d-2 = S, d-1 = S 和 d0 = S ††

  • Qassignment - 量子分配定义了预定义变量之间的操作交互

    eX = Qwhole(“X”, 15).assign(a * a) ⇛ 对于 Q 变量 a（如上定义）将具有预期结果 X -= 15 的乘法表达式分配给 eX Q 量子分配

    • QUBO 集成到 D-Wave Ocean、Azure Quantum 或 Qiskit：
      • qubo() – 返回分配的 QUBO 二元二次模型 (BQM)

        eX.qubo() ⇛ 用于 eX Q 赋值（上面定义）返回一个 QUBO 字典对象，用于在精确或 QAC 求解器上执行

      • add() – 接收求解器返回的样本字典

        eX.add(lowSamples) ⇛ 将从求解器返回的结果样本设置为 eX Q 方程，该方程已用于创建 QUBO BQM

      • 解决方案（） - 根据添加的样本返回分配解决方案的字符串表示形式

        eX.solutions() ⇛ 用于 eX Q 赋值（上面定义），预期结果 15 和 b 设置为 6 返回未定义 Q 变量 a 的解决方案

      • reset() – 将分配重置为其初始状态，即没有任何解决方案

        eX.reset() ⇛ 用于 eX Q 赋值（如上定义）设置为其初始状态

  • Qcondition †† - 量子条件语句

    Qcondition cA(a > b) ⇛ 创建一个 Q 条件 cA，比较（上面定义的）Q 变量 a 和 b

    cA << eX ⇛ 在条件 cA 下添加（上面定义的）要计算的 eX Q 方程，即 a 大于 b

  • Qroutine †† - 量子例程

    Qroutine program(“my Q program”) ⇛ 创建一个 Q 例程程序，允许关联编程 Q 语句

    程序 << cA << eB ⇛ 将（上面定义的）cA Q 条件和预定义的 eB Q 方程添加到我的 Q 程序中

  • Qfunction †† - 量子函数例程

    Qfunction myF(“my F”, a) ⇛ 创建一个 Q 函数例程 my F，其中 Q 变量 a 作为返回变量

    myF << cA << a + b ⇛ 将（上面定义的）cA Q 条件和 a 和 b 的加法 Q 方程添加到 myF

    eB *= myF ⇛ 更新 eB Q 方程，将其现有表达式与 myF Q 函数的返回值相乘

  • Qpow ††, Qmod ††, Qgcd †† - 专门的量子函数

    Qpow a_x3(a, 3) ⇛ 创建一个以 Q 变量 a 为底数和指数 3 的幂 Q 函数例程 a_x3

    Qmod b_m3(b, 3) ⇛ 创建一个模 Q 函数例程 b_m3，其中 Q 变量 b 作为被除数和除数 3

    Qgcd a_b(a, b) ⇛ 为 Q 变量 a 和 b 创建一个最大公约数 Q 函数例程 a_b

• 标准操作：

  • 赋值 ——量子变量或表达式到 Q 方程

  • 一元运算符：〜（反转）

  • 二元运算符：+、*、-、/

  • 逻辑运算符：&、|、^、nand、nor

  • 比较运算符 † : ==, !=, >, >=, <, <=

    注意：†开发中的功能，††计划中的功能。

有关如何使用 d5o 功能的更多信息，请参阅示例。

安装和使用

安装先决条件

安装和使用 Dann5 d5o 预编译库

• 安装Python 3.9.9 (64-bit)，用于测试发布的功能
• 将 D-Wave Ocean Tools 安装到 python 环境中；按照安装海洋工具
• 将pybind11安装到相同的python环境中；按照安装库

除上述先决条件外，编译Dann5 d5o源代码

• 按照下载说明安装Eigen

安装

Dann5 d5o 库正在作为主要操作系统的 Windows x64 上积极开发。未来将发布 Mac OS X/Linux 版本和软件包安装。

将此存储库中的 Windows x64 版本安装到 python 项目或环境中

pip install --upgrade dann5

#####手动安装

1. 从示例文件夹下载带有 d5o.cp38-win_amd64.pyd 库的 dann5文件夹
2. 将 dann5 设为

• 你的 python 项目文件夹；或者

• 您的 python 环境的 site-packages 文件夹，例如对于 anaconda 发行版，在 windows 上，路径应该是：

  C:\Users<user_name>\AppData\Local\Continuum\anaconda3\envs<env_name>\Lib\site-packages

3. 将 d5o.cp38-win_amd64.pyd 复制到 Dann5 子文件夹中

#####从源代码安装包

1. 只需克隆或下载 dann5 存储库 - 如果使用 MS Visual Studio dann5.ocean.sln，请确保 dann5 和 Eigen 是同一文件夹中的子文件夹。
2. 构建 - d5o.cp38-win_amd64.pyd 适用于 windows 和 python x64 - d5o.cp38-win_amd32.pyd 适用于 windows 和 python x32 - d5o.so 适用于 Mac OS X 或 Linux
3. 将 d5o 库部署到您的 python 项目或环境中的 dann5 文件夹中，如 Windows x64 版本安装中所述

利用

按照上述说明安装 d5o 库后，在 python 源代码中使用已发布的功能：

将 dann5.d5o2 导入为 d5o

a = Qwhole(4, "a")

b = Qwhole(3, "b")

A = Qwhole("A", 15))

eA = A.assign(a + b)

打印（eA.toString（））

打印（eA.toString（真））

打印（eA.qubo（））

或者使用 Jupyter Notebook示例来查看 Dann5 d50 版本 2 的功能。

错误、问题和贡献

欢迎对该项目的贡献。

注意：如果您有问题，请将代码示例发送给我。