QuEST Rust封装

简介

量子精确模拟工具包（QuEST）是通用量子电路、状态向量和密度矩阵的高性能模拟器。QuEST是用C语言编写的，结合了OpenMP和MPI，并可以在GPU上运行。QuEST只需编译即可运行，易于在笔记本电脑和超级计算机（C和C++）上运行，可以利用多核、GPU加速和网络化机器快速模拟多量子比特的电路。

此库为QuEST提供了一个具有惯用Rust API的安全封装。

用法

要在Rust代码库中使用quest-rs，首先运行

cargo add quest-rs

或手动将quest-rs添加到您的Cargo.toml中。

API很简单

use quest_rs::{QuestEnv, QuReg};

let env = QuestEnv::new();
let mut qubits = QuReg::new(2, &env);
qubits.init_plus_state().hadamard(0).controlled_not(0, 1);
println!(
    "Probability amplitude of |11> *before* measurement is: {}",
    qubits.probability_amplitude(0b11)
);
qubits.measure(1);
println!(
    "Probability amplitude of |11> *after* measurement is: {}",
    qubits.probability_amplitude(0b11)
);

流畅的API使得创建更复杂的电路变得容易

use quest_rs::{Complex, ComplexMatrix2, ComplexMatrixN, QReal, QuReg, QuestEnv, Vector};

let env = QuestEnv::new();

let mut qubits = QuReg::new(3, &env);
qubits.init_zero_state();

println!("Out environment is:");
qubits.report_params();
env.report();

// Set up the circuitry

let unitary_alpha = Complex::new(0.5, 0.5);
let unitary_beta = Complex::new(0.5, -0.5);

let unitary_matrix = ComplexMatrix2 {
    real: [[0.5, 0.5], [0.5, 0.5]],
    imag: [[0.5, -0.5], [-0.5, 0.5]],
};

let mut toffoli_gate = ComplexMatrixN::new(3);
for i in 0..6 {
    toffoli_gate.set_real(i, i, 1.0);
}
toffoli_gate.set_real(6, 7, 1.0);
toffoli_gate.set_real(7, 6, 1.0);

qubits
    .hadamard(0)
    .controlled_not(0, 1)
    .rotate_y(2, 0.1)
    .multi_controlled_phase_flip(vec![0, 1, 2])
    .unitary(0, unitary_matrix)
    .compact_unitary(1, unitary_alpha, unitary_beta)
    .rotate_around_axis(2, (3.14 / 2.0) as QReal, Vector::new(1.0, 0.0, 0.0))
    .controlled_compact_unitary(0, 1, unitary_alpha, unitary_beta)
    .multi_controlled_unitary(vec![0, 1], 2, unitary_matrix)
    .multi_qubit_unitary(vec![0, 1, 2], toffoli_gate);

// Study the output

println!("Circuit output:");
println!("---------------");
println!("Probability amplitude of |111> is: {}", qubits.probability_amplitude(0b111));
println!(
    "Probability of qubit 2 being in state 1: {}",
    qubits.calculate_probability_of_outcome(2, 1)
);
println!("Qubit 0 was measured in state: {}", qubits.measure(0));
let (outcome, outcome_probability) = qubits.measure_with_stats(2);
println!(
    "Qubit 2 collapsed to {} with probability {}",
    outcome, outcome_probability
);

模板

要获取一个使用此封装的执行项目的基本模板，请参阅：https://github.com/drewsilcock/quest-rs-template。

待办事项

C QuEST库有几个编译选项标志，应使用Cargo功能支持。这些包括

• 操作精度（单精度、双精度或四精度）
• 是否启用OpenMP、MPI、OpenMP+MPI或GPU

还应扩展文档，包括QuEST文档中的所有相关信息。