IBM Quantum Composer

Qu'est-ce que c'est ?

IBM Quantum® Composer est un outil graphique de programmation quantique qui te permet de glisser et déposer des opérations pour construire des circuits quantiques et les exécuter sur du matériel quantique.

Qu'est-ce qu'il peut faire ?

Visualiser les états des qubits

Vois comment les modifications de ton circuit affectent l'état des qubits, affichés comme une q-sphere interactive ou des histogrammes montrant les probabilités de mesure ou les simulations du vecteur d'état.

Exécuter sur du matériel quantique

Exécute tes circuits sur du vrai matériel quantique pour comprendre les effets du bruit du dispositif.

Générer du code automatiquement

Au lieu d'écrire du code à la main, génère automatiquement du code OpenQASM ou Python qui se comporte de la même façon que le circuit que tu as créé avec le Composer.

Visite guidée de l'interface

IBM Quantum Composer dispose d'un ensemble d'outils personnalisable qui te permet de construire, visualiser et exécuter des circuits quantiques sur des unités de traitement quantique (QPUs). Utilise le menu "More options" sur chaque fenêtre pour accéder à des outils et actions supplémentaires.

1. Catalogue d'opérations - Ce sont les éléments constitutifs des circuits quantiques. Glisse et dépose ces portes et autres opérations sur l'éditeur graphique de circuit. Différents types de portes sont groupés par couleur. Par exemple, les portes classiques sont bleu foncé, les portes de phase sont bleu clair et les opérations non unitaires sont grises.

   Pour en savoir plus sur les portes et opérations disponibles, clique avec le bouton droit sur une opération et sélectionne Info pour lire sa définition.

2. Éditeur de code - Utilise le menu View pour ouvrir ou fermer l'éditeur de code, qui te permet de voir le code OpenQASM ou Qiskit pour le circuit. Tu peux modifier le code OpenQASM ; le code Qiskit est en lecture seule.

3. Éditeur graphique de circuit - C'est ici que tu construis un circuit. Glisse des portes et autres opérations sur les "fils" horizontaux de qubit qui composent ton registre quantique.

   Pour supprimer une porte d'un fil, sélectionne la porte et clique sur l'icône de corbeille.

   Pour modifier les paramètres et les paramètres des portes qui le permettent, sélectionne la porte dans l'éditeur graphique et clique sur Edit.

4. Barre d'outils - Accède aux outils les plus utilisés pour annuler et rétablir les actions, modifier l'alignement des portes et basculer en mode inspection. Avec le mode inspection, tu vois une vue étape par étape de l'état des qubits au fur et à mesure que ton calcul de circuit évolue. Pour en savoir plus, consulte Inspecte ton circuit, étape par étape.

5. Disques de phase - La phase du vecteur d'état du qubit dans le plan complexe est donnée par la ligne qui s'étend du centre du diagramme au bord du disque gris (qui tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour du point central).

   Utilise le menu View pour afficher ou masquer les disques de phase.

6. Visualisations - Les visualisations caractérisent ton circuit au fur et à mesure que tu le construis. Elles utilisent un simulateur de vecteur d'état à un coup, qui est différent de la QPU spécifiée dans les paramètres "Run circuit". Note que les visualisations ignorent les opérations de mesure que tu ajoutes. Connecte-toi et clique sur Run circuit pour obtenir les résultats du backend spécifié.

   En savoir plus dans la section Visualisations.

Construire, modifier et inspecter des circuits quantiques

Télécharge tes fichiers de circuit avant de quitter le Composer

Si tu veux continuer à travailler avec un circuit plus tard, assure-toi de télécharger ton fichier de circuit et de le stocker localement avant de quitter ta session actuelle du Composer. Utilise le lien "Save file" dans le coin supérieur droit, ou va au menu File et choisis "Save file". Lorsque tu es prêt à rédémarrer avec le circuit, va au menu File et choisis "Upload .qasm file", puis navigue vers ton fichier de circuit sur ton lecteur local et clique sur Open.

1. Ouvre IBM Quantum Composer

1. (Facultatif) Si tu n'es pas actuellement connecté à IBM Quantum, sélectionne Sign in dans le coin supérieur droit. Ensuite, tu peux soit te connecter, soit Create an IBM Cloud account.

remarque

Si tu ne te connectes pas, les visualisations affichent automatiquement les résultats simulés pour jusqu'à quatre qubits. Si tu veux exécuter ton circuit sur un ordinateur quantique, ou si tu veux visualiser un circuit avec plus de quatre qubits, tu dois te connecter.

2. Ouvre IBM Quantum Composer en cliquant sur le lien de la page de navigation Learning. L'espace de travail affiche un circuit vide sans titre. Tu peux créer un nouveau circuit ou télécharger un fichier .qasm pour continuer à travailler avec un circuit que tu as déjà créé.

3. Nomme ton circuit en cliquant sur les mots Untitled circuit et en tapant un nom pour ton circuit. Clique sur la coche pour enregistrer le nom.

4. (Facultatif) Personnalise ton espace de travail :

   • Utilise le menu View pour passer du thème par défaut à un thème monochrome. Tu peux aussi sélectionner les panneaux à inclure dans ton espace de travail, puis utiliser le menu dans le coin droit de tout panneau pour accéder à d'autres options de personnalisation. Les options pour afficher ou masquer les disques de phase, choisir l'alignement des qubits sur ton circuit et réinitialiser l'espace de travail par défaut sont également dans le menu View.
   • Bascule entre les thèmes d'espace de travail sombre et clair dans le coin inférieur droit du pied de page.

Pour construire un circuit, tu peux soit glisser et déposer des opérations, soit entrer du code OpenQASM dans l'éditeur de code.

2. Construis ton circuit avec glisse et dépose

Catalogue d'opérations

Glisse et dépose les opérations du catalogue d'opérations sur les registres quantiques et classiques. Clique sur l'icône de recherche et entre un terme dans la barre de recherche pour trouver rapidement une opération.

Réduis et développe le catalogue d'opérations en cliquant sur l'icône dans le coin supérieur droit du panneau des opérations. Clique sur l'icône à côté pour basculer entre la vue de grille et la vue de liste du catalogue.

Clique avec le bouton droit sur une icône d'opération et sélectionne Info pour voir la définition d'une opération, ainsi que sa référence QASM.

Pour annuler ou rétablir, utilise les flèches courbes dans la barre d'outils.

Alignement

Choisis l'alignement Freeform pour placer des opérations n'importe où sur le circuit. Pour une vue plus compacte de ton circuit, choisis l'alignement Left. Pour voir l'ordre dans lequel les opérations seront exécutées, choisis l'alignement Layers, qui appliquera l'alignement gauche et ajoutera des séparateurs de colonnes qui indiquent l'ordre d'exécution, de gauche à droite et de haut en bas.

Une fois les opérations placées sur ton circuit, tu peux continuer à les glisser et les déposer à de nouvelles positions.

Copier et coller

Clique sur une opération et utilise les icônes du menu contextuel pour la copier et la coller.

Sélectionner plusieurs opérations

Tu peux sélectionner plusieurs opérations pour les copier et les coller, les glisser vers un nouveau lieu ou les regrouper dans une opération unitaire personnalisée qui s'affiche dans ton catalogue d'opérations et fonctionne comme une seule porte.

Pour sélectionner plus d'une opération, place ton curseur juste à l'extérieur de l'une des opérations, puis clique et glisse dans la zone pour sélectionner. Maj-clique sur les opérations individuelles pour les sélectionner ou les désélectionner. Une ligne pointillée délimite l'ensemble des opérations que tu sélectionnes, et chaque opération qui fait réellement partie de la sélection est entourée d'un cadre bleu.

Par exemple, dans l'image suivante, la porte Hadamard sur q1 et la porte CX sont sélectionnées. La porte Hadamard sur q0 n'est pas sélectionnée.

Sélectionne Copy dans le menu contextuel pour copier le groupe.

Pour coller le groupe d'opérations, clique avec le bouton droit sur le circuit et sélectionne Paste.

Construis une opération personnalisée à l'aide de la fonction de groupe

Pour regrouper plusieurs opérations et les enregistrer comme une opération personnalisée, sélectionne d'abord les opérations comme décrit précédemment, puis sélectionne Group dans le menu contextuel. On te demandera de nommer l'opération personnalisée ou tu peux accepter le nom par défaut. Clique sur OK et l'opération personnalisée sera représentée par une seule boîte, à la fois dans ton circuit et dans le catalogue d'opérations.

Tu peux maintenant glisser et déposer la nouvelle opération n'importe où dans ton circuit. Note que l'opération est enregistrée sur ce circuit mais n'apparaît pas dans le catalogue d'opérations pour les autres circuits.

Tu peux aussi construire une opération personnalisée directement dans l'éditeur de code OpenQASM ; consulte Crée une opération personnalisée en OpenQASM pour plus d'informations.

Dégrouper une opération personnalisée ou prédéfinie

Pour dégrouper les portes dans une opération personnalisée ou prédéfinie, clique sur l'opération dans le Composer et sélectionne Ungroup dans le menu contextuel. Tu peux maintenant déplacer les opérations séparées individuellement. Lorsque tu dégroupes une opération, chaque élément du groupe ancien s'exécute indépendamment, ce qui peut signifier qu'ils s'exécutent dans un ordre différent de celui où ils étaient groupés ensemble.

Développe la définition d'une opération

Pour voir les opérations qui constituent une opération personnalisée ou prédéfinie sans la dégrouper, clique sur Expand definition dans le menu contextuel pour voir les portes qui la définissent. Clique à nouveau sur l'icône pour réduire la définition.

Renomme ou supprime une opération personnalisée

Pour renommer ou supprimer une opération personnalisée, clique avec le bouton droit sur l'opération dans le catalogue d'opérations et sélectionne Rename ou Delete. Supprimer une opération personnalisée du catalogue d'opérations supprime également toutes ses instances sur ton circuit.

Supprimer une opération personnalisée du circuit lui-même ne la supprime pas du catalogue d'opérations ; tu peux seulement supprimer une opération personnalisée du catalogue en cliquant avec le bouton droit et en sélectionnant Delete.

Ajoute ou supprime des registres

Pour ajouter ou supprimer des registres quantiques ou classiques, clique sur Edit → Manage registers. Tu peux augmenter ou diminuer le nombre de qubits ou de bits dans ton circuit et renommer les registres. Clique sur Ok pour appliquer les modifications. Tu peux aussi cliquer simplement sur le nom du registre (par exemple, q[0]) et utiliser les options du menu contextuel pour ajouter ou supprimer rapidement des registres ou des qubits.

Ajoute un conditionnel

Pour ajouter un conditionnel à une porte, glisse l'opération if sur la porte et définis les paramètres dans le panneau Edit operation qui s'ouvre automatiquement. Tu peux aussi double-cliquer sur une porte pour accéder au panneau Edit operation et définir les paramètres du conditionnel de cette façon.

Ajoute un modificateur de contrôle

Un modificateur de contrôle donne une porte dont l'opération originale dépend maintenant de l'état du qubit de contrôle. Pour plus de détails, clique avec le bouton droit sur le symbole du modificateur de contrôle dans le catalogue d'opérations, puis clique sur Info.

Glisse le modificateur de contrôle sur une porte pour lui ajouter un contrôle. Un point apparaît sur le qubit de contrôle et une ligne le relie au qubit cible. Pour modifier le qubit de contrôle ou la cible, clique sur la porte et sélectionne l'icône Edit operation (ou double-clique sur la porte) pour ouvrir le panneau Edit operation, puis spécifie tes paramètres. À partir du panneau Edit operation, tu peux aussi supprimer un contrôle d'un qubit en cliquant sur le x à côté du nom du qubit.

Visualise avec les disques de phase tout au long de ton circuit

Pour visualiser l'état de tous les qubits à n'importe quel point de ton circuit, glisse l'icône du disque de phase du catalogue d'opérations et place-le n'importe où dans ton circuit. Une colonne d'opérations de barrière et une colonne de disques de phase sont ajoutées (une opération de barrière et un disque de phase par qubit). Passe ta souris sur chaque disque de phase pour lire l'état du qubit à ce stade du circuit. Note que l'ajout des disques de phase ne modifie pas ton circuit ; ce ne sont que des outils de visualisation.

En savoir plus sur la visualisation du disque de phase ici.

Exporte une image du circuit

Pour exporter une image de ton circuit, sélectionne File → Export circuit image. La fenêtre Export options s'ouvre, où tu peux choisir un thème (clair, sombre, blanc sur noir ou noir sur blanc), un format (.svg ou .png) et si tu veux appliquer une enveloppe de ligne. Une fois que tu as choisi tes options, clique sur Export.

3. Construis ton circuit avec le code OpenQASM

remarque

IBM Quantum Composer prend actuellement en charge OpenQASM 2.0.

• Pour ouvrir l'éditeur de code, clique sur View → Panels → Code Editor.
• Consulte le Glossaire des opérations du Composer pour les références OpenQASM des portes et autres opérations.
• Tu peux définir tes propres opérations personnalisées ; consulte Crée une opération personnalisée en OpenQASM.
• Pour plus d'informations sur l'utilisation du langage OpenQASM, y compris des exemples de lignes de code, consulte le guide Introduction à OpenQASM, ou lis l'article de recherche original, Open Quantum Assembly Language. Le tableau des déclarations du langage OpenQASM de l'article est reproduit ci-dessous. La grammaire OpenQASM se trouve dans l'Appendice A de l'article.

Déclaration	Description	Exemple
OPENQASM 2.0;	Dénote un fichier au format OpenQASM (voir [a])	OPENQASM 2.0;
qreg name[size];	Déclare un registre nommé de qubits	qreg q[5];
creg name[size];	Déclare un registre nommé de bits	creg c[5];
include "filename";	Ouvre et analyse un autre fichier source	include "qelib1.inc";
gate name(params) qargs	Déclare une porte unitaire	(voir le texte de l'article)
opaque name(params) qargs;	Déclare une porte opaque	(voir le texte de l'article)
// comment text	Commente une ligne de texte	// oops!
U(theta,phi,lambda) qubit|qreg;	Applique une ou plusieurs portes monoqubit intégrées (voir [b])	U(pi/2,2*pi/3,0) q[0];
CX qubit|qreg,qubit|qreg;	Applique une ou plusieurs portes CNOT intégrées	CX q[0],q[1];
measure qubit|qreg -> bit|creg;	Effectue une ou plusieurs mesure(s) en base $Z$	measure q -> c;
reset qubit|qreg;	Prépare un ou plusieurs qubit(s) dans l'état $\vert 0\rangle$	reset q[0];
gatename(params) qargs;	Applique une porte unitaire définie par l'utilisateur	crz(pi/2) q[1],q[0];
if(creg==int) qop;	Applique conditionnellement une opération quantique	if(c==5) CX q[0],q[1];
barrier qargs;	Empêche les transformations à travers cette ligne source	barrier q[0],q[1];

[a] Cela doit apparaître comme la première ligne sans commentaire du fichier.

[b] Les paramètres theta, phi et lambda sont donnés par des expressions de paramètre ; pour plus d'informations, consulte la page 5 de l'article et l'Appendice A.

Crée une opération personnalisée en OpenQASM

Tu peux définir de nouvelles opérations unitaires dans l'éditeur de code (consulte la figure ci-dessous pour un exemple). Les opérations sont appliquées en utilisant l'instruction name(params) qargs; tout comme les opérations intégrées. Les parenthèses sont optionnelles s'il n'y a pas de paramètres.

Pour définir une opération personnalisée, entre-la dans l'éditeur de code OpenQASM en utilisant ce format : gatename(params) qargs;. Si tu cliques sur +Add dans la liste des opérations, on te demandera d'entrer un nom pour ton opération personnalisée, que tu peux ensuite construire dans l'éditeur de code.

Une fois que tu as défini ton opération personnalisée, glisse-la sur l'éditeur graphique et utilise l'icône de modification pour affiner les paramètres.

Exemple d'une opération personnalisée
Les portes à inclure dans l'opération personnalisée :
Le code pour la nouvelle opération :
La nouvelle opération dans l'éditeur graphique :

4. Inspecte ton circuit, étape par étape

Le mode inspection démystifie le fonctionnement interne des circuits que tu crées. Il progresse à travers une simulation de ton circuit, une couche à la fois, afin que tu puisses voir l'état des qubits au fur et à mesure que le calcul évolue.

• Dans le menu View, sélectionne les panneaux des visualisations que tu veux utiliser.

• Clique sur le bouton bascule Inspect dans la barre d'outils. Note qu'une fois le mode inspection activé, tu ne peux pas ajouter d'autres opérations jusqu'à ce que tu le désactives.

• Si tu as construit ton circuit avec l'alignement Freeform activé, note que le mode inspection active automatiquement l'alignement Left.

• Pour progresser étape par étape à travers les visualisations des composants de ton circuit, utilise les boutons d'avance et de rembobinage.

• Pour inspecter seulement certaines opérations, clique sur les opérations que tu veux inspecter, et une superposition colorée apparaît sur chacune, indiquant qu'elles seront incluses lorsque tu exécutes en mode inspection. Pour désélectionner une opération, clique à nouveau dessus, et la superposition disparaît.

• Pour en savoir plus sur l'interprétation des visualisations, consulte le sujet Visualisations.

• Pour quitter le mode inspection et revenir à l'édition de ton circuit, clique sur le bouton bascule Inspect dans la barre d'outils.

Aléatoire dans le simulateur

Le simulateur crée de l'aléatoire en générant des résultats basés sur une graine. La graine est la valeur initiale introduite dans l'algorithme qui génère des nombres pseudo-aléatoires. Tu peux voir le nombre de graine en sélectionnant "Visualizations seed" dans le menu Edit. Tu peux aussi définir la graine toi-même en modifiant la valeur dans la boîte.

Exécute les circuits et vois les résultats

Suis les étapes ci-dessous pour exécuter des circuits quantiques sur des QPUs et voir les résultats.

Choisis tes paramètres de travail

Clique sur Run circuit dans le coin supérieur droit. Dans la fenêtre qui s'ouvre, sélectionne une QPU disponible. Tu peux aussi choisir une instance, qui est associée à un plan (tel que les plans Open, Flex ou Premium). L'instance que tu choisis affecte les QPUs qui sont disponibles pour toi. Clique sur le lien "View details" dans le tableau des QPUs pour voir plus d'informations sur chaque QPU.

Ensuite, tu peux définir le nombre de shots (exécutions) de ton circuit que le backend effectuera.

Tu peux aussi choisir de nommer le travail et d'ajouter des balises dans ce panneau. Cela ne changera pas le nom du circuit. Une balise "Composer" préremplie facilite le filtrage de ton tableau Workloads par les jobs du Composer. Tu peux supprimer cette balise.

remarque

Lorsque tu exécutes un circuit, il est automatiquement envoyé à la QPU la moins occupée, sauf si tu spécifies une QPU dans les paramètres Run. Si tu exécutes le même circuit à nouveau, la fenêtre de sélection de la QPU par défaut au choix de ta précédente.

Clique sur "Run on (nom de la QPU)"

Tu peux voir la progression du travail en cliquant sur le bouton "View jobs" dans le coin supérieur droit, qui ouvrira la page Workloads dans IBM Quantum Platform.

Vois les résultats

Une fois ton travail terminé, les détails sont mis à jour dans le tableau Workloads dans IBM Quantum Platform.

La page des résultats des jobs affiche les détails de l'exécution, les diagrammes du circuit original et du circuit transpilé, un histogramme des résultats et les onglets OpenQASM et Qiskit pour voir les circuits original et transpilé en OpenQASM ou Qiskit.

Tu peux télécharger les circuits et l'histogramme en cliquant sur le menu dans le coin supérieur droit de chaque diagramme, puis en sélectionnant un format pour le téléchargement (PNG, PDF ou SVG ; en outre, tu peux exporter l'histogramme en tant que fichier CSV). Tu peux ouvrir les circuits OpenQASM directement dans le Composer.

Visualisations

Les visualisations en direct dans IBM Quantum Composer te montrent différentes vues de la façon dont les circuits quantiques affectent l'état d'une collection de qubits. Chaque type de visualisation en direct est expliqué en détail ci-dessous.

Aléatoire dans le simulateur

Les visualisations en direct proviennent d'un simulateur de vecteur d'état à un coup, qui est différent de la QPU spécifiée dans les paramètres Run, qui peut avoir plusieurs shots. Le simulateur crée de l'aléatoire en générant des résultats basés sur une graine. La graine est la valeur initiale introduite dans l'algorithme qui génère des nombres pseudo-aléatoires. Tu peux voir le nombre de graine en sélectionnant "Visualizations seed" dans le menu Edit. Tu peux aussi définir la graine toi-même en modifiant la valeur dans la boîte.

Vois les visualisations

Les visualisations en direct sont affichées dans des fenêtres au bas de l'espace de travail du Composer (sauf le disque de phase, qui apparaît à la fin de chaque fil de qubit). Tu peux choisir n'importe quelle combinaison de visualisations de vecteur d'état, de probabilités et de q-sphere pour apparaître au bas de l'espace de travail. Sélectionne ou désélectionne les visualisations dans le menu View.

Télécharge les visualisations

Télécharge l'une des visualisations au bas de l'espace de travail du Composer en cliquant sur le menu "More options" dans la fenêtre de visualisation. Tu peux télécharger les visualisations sous forme de SVG, de PNG ou de CSV des données sous-jacentes. Tu peux aussi télécharger les images de visualisation des probabilités de mesure et des histogrammes du vecteur d'état au format PDF.

Disque de phase

Un état de qubit unique peut être représenté comme

$$\begin{split}\vert\psi\rangle = \sqrt{1-p}\vert0\rangle + e^{j\varphi} \sqrt{p} \vert1\rangle,\end{split}$$

où $p$ est la probabilité que le qubit soit dans l'état $|1\rangle$, et $\varphi$ est la phase quantique. $p$ est fortement analogue à un bit probabiliste classique. Pour $p=0$, le qubit est dans l'état $|0\rangle$, pour $p=1$ le qubit est dans l'état $|1\rangle$, et pour $p=1/2$ le qubit est un mélange 50/50. On appelle cela une superposition car, contrairement aux bits classiques, ce mélange peut avoir une phase quantique. Le disque de phase visualise cet état.

Le disque de phase à la fin de chaque qubit dans IBM Quantum Composer donne l'état local de chaque qubit à la fin du calcul. Les composants du disque de phase sont décrits ci-dessous.

Probabilité que le qubit soit dans l'état $|1\rangle$

La probabilité que le qubit soit dans l'état $|1\rangle$ est représentée par le remplissage bleu du disque.

Phase quantique

La phase quantique de l'état du qubit est donnée par la ligne qui s'étend du centre du diagramme au bord du disque gris (qui tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour du point central).

Exemple : disques de phase pour deux qubits différents

Deux exemples de la visualisation du disque de phase. Le premier exemple est un état $|1\rangle$ et le second montre l'état $(|0\rangle-|1\rangle)/\sqrt{2}$ avec une phase relative non nulle.

Connexion à la sphère de Bloch

Le disque de phase, qui contient toutes les informations de la sphère de Bloch, est une représentation bidimensionnelle d'un qubit. Pour convertir à la représentation de la sphère de Bloch : $x=2\sqrt{p(1-p)}\mathrm{Re}[e^{j\varphi} ]$, $y=2\sqrt{p(1-p)}\mathrm{Im}[e^{j\varphi} ]$, et $z=1-2p$.

États à N qubits : maximum 15 qubits

Un état quantique à N qubits prend la forme

$$\begin{split}\vert\psi\rangle = \sqrt{1-p}\vert0...0\rangle + \sum_{k=1}^{2^N-1}e^{j\varphi_k} \sqrt{p_k} \vert k\rangle,\end{split}$$

où $p_k$ est la probabilité que les qubits soient dans l'état $|k\rangle$ avec phase quantique $\varphi_k$ par rapport à l'état $|0...0\rangle$. $p=\sum_{k\neq0}p_k$ est la probabilité que les qubits ne soient pas dans l'état fondamental $|0...0\rangle$. Ici, il est simple de voir que pour un état quantique à N qubits, il y a $2^N-1$ probabilités et $2^N-1$ phases. Le disque de phase échoue à représenter cet état, car les disques de phase à N qubits ne contiendraient que $N$ probabilités et $N$ phases ; c'est parce que la plupart des états sont intriqués et ne sont pas séparables en états quantiques monoqubit indépendants. Pour représenter que les informations complètes ne sont pas contenues dans cette visualisation, nous introduisons la pureté réduite en tant que composante du disque de phase.

Pureté réduite de l'état du qubit

Le rayon de l'anneau noir représente la pureté réduite de l'état du qubit, qui pour le qubit $j$ dans un état à $N$ qubits $|\psi\rangle$ est donné par $\mathrm{Tr}\left[\mathrm{Tr}_{i\neq j}[\left|\psi\rangle\langle\psi\right|\right]^{2}]$. La pureté réduite pour un qubit unique est dans la plage $[0.5, 1]$ ; une valeur de un indique que le qubit n'est pas intriqué avec aucune autre partie. En revanche, une pureté réduite de $0.5$ montre que le qubit se trouve dans l'état complètement mixte et a un certain niveau d'intrication sur les $N-1$ qubits restants et éventuellement même l'environnement.

Vue des probabilités

Limite de 8 qubits

Cette vue visualise les probabilités de l'état quantique sous forme de graphique à barres. L'axe horizontal libelle les états de base computationnelle. L'axe vertical mesure les probabilités en termes de pourcentages. Dans cette vue, les phases quantiques ne sont pas représentées, et c'est donc une représentation incomplète. Cependant, c'est utile pour prédire les résultats si tu mesures chaque qubit et la valeur stockée dans son propre bit classique.

Considère le circuit quantique suivant et sa vue des probabilités :

Le circuit met les deux qubits dans l'état $|\psi\rangle = (|00\rangle + |01\rangle+ |10\rangle-|11\rangle) / 2.$ Les états de la base computationnelle sont $|00\rangle, |10\rangle, |01\rangle,$ et $|11\rangle.$ La probabilité pour chacun des états computationnels est 1/4.

Vue de la q-sphere

Limite de 5 qubits

La q-sphere représente l'état d'un système d'un ou plusieurs qubits en associant chaque état de base computationnelle avec un point sur la surface d'une sphère. Un nœud est visible à chaque point. Le rayon de chaque nœud est proportionnel à la probabilité ($p_k$) de son état de base, tandis que la couleur du nœud indique la phase quantique ($\varphi_k$).

Les nœuds sont disposés sur la q-sphere de sorte que l'état de base avec tous les zéros (par exemple, $|000\rangle)$ se trouve à son pôle nord, et l'état de base avec tous les uns (par exemple, $|111\rangle$) se trouve à son pôle sud. Les états de base avec le même nombre de zéros (ou de uns) se trouvent sur une latitude partagée de la q-sphere (par exemple, $|001\rangle, |010\rangle, |100\rangle$). En commençant par le pôle nord de la q-sphere et en progressant vers le sud, chaque latitude successive a des états de base avec un plus grand nombre de uns ; la latitude d'un état de base est déterminée par sa distance de Hamming de l'état zéro. La q-sphere contient des informations complètes sur l'état quantique dans une représentation compacte.

Considère le circuit quantique suivant et sa q-sphere, qui représente l'état que le circuit crée :

Tu peux sélectionner, maintenir et glisser pour faire pivoter la q-sphere. Pour revenir à l'orientation par défaut, sélectionne le bouton de flèche de rembobinage en haut à droite de la q-sphere.

Quelle est la différence entre une sphère de Bloch et une q-sphere ?

Il est important de souligner que la q-sphere n'est pas la même que la sphère de Bloch, même pour un seul qubit. En effet, comme le disque de phase, la sphère de Bloch donne une vue locale de l'état quantique, où chaque qubit est examiné seul. Lorsque tu essaies de comprendre le comportement des registres de qubits (états multiqubit) lors de l'application de circuits quantiques, il est plus instructif de prendre une vue globale et de regarder l'état quantique dans son ensemble. La q-sphere fournit une représentation visuelle de l'état quantique, et ainsi ce point de vue global. Par conséquent, lors de l'exploration d'applications et d'algorithmes quantiques sur un petit nombre de qubits, la q-sphere devrait être la méthode de visualisation principale.

Vue du vecteur d'état

Limite de 6 qubits

On appelle généralement $\sqrt{p_k}e^{i\varphi_k}$ l'amplitude quantique. Cette vue visualise les amplitudes quantiques sous forme de graphique à barres. L'axe horizontal libelle les états de base computationnelle. L'axe vertical mesure la magnitude des amplitudes ($\sqrt{p_k}$) associées à chaque état de base computationnelle. La couleur de chaque barre représente la phase quantique (${\varphi_k}$).

Considère le circuit quantique suivant et sa vue du vecteur d'état :

Le circuit met les deux qubits dans l'état $|\psi\rangle = (|00\rangle + |01\rangle+ |10\rangle-|11\rangle) / 2$. Les états de la base computationnelle sont $|00\rangle$, $|10\rangle$, $|01\rangle$, et $|11\rangle$. Les magnitudes des amplitudes sont $1/2$, et les phases quantiques par rapport à l'état fondamental sont $0$ pour $|01\rangle$ et $|10\rangle$, et $\pi$ pour $|11\rangle$.

Glossaire des opérations du Composer

Cette page est une référence qui définit les diverses opérations classiques et quantiques que tu peux utiliser pour manipuler les qubits dans un circuit quantique. Les opérations quantiques incluent des portes quantiques, comme la porte Hadamard, ainsi que les opérations qui ne sont pas des portes quantiques, comme l'opération de mesure.

Chaque entrée ci-dessous fournit les détails et la référence OpenQASM pour chaque opération. Consulte le sujet Construis ton circuit avec le code OpenQASM pour plus d'informations.

L'image de la q-sphere dans chaque entrée de porte ci-dessous montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}|i\rangle$, où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour supporter la porte. Consulte le sujet q-sphere pour plus d'informations sur cette visualisation.

Tu peux définir une opération personnalisée à utiliser dans IBM Quantum Composer. Pour les instructions, consulte le sujet Crée une opération personnalisée en OpenQASM.

Couleurs de porte

Les couleurs de porte sont légèrement différentes dans les thèmes clair et sombre. Les couleurs du thème clair sont affichées ici.

Clique sur une opération quantique ci-dessous pour voir sa définition.

Portes classiques

Porte NOT

La porte NOT, également connue sous le nom de porte Pauli X, bascule l'état $\left|0\right\rangle$ vers $\left|1\right\rangle$, et vice versa. La porte NOT équivaut à RX pour l'angle $\pi$ ou à 'HZH'.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	x q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte CNOT

La porte controlled-NOT, également connue sous le nom de porte controlled-x (CX), agit sur une paire de qubits, l'un agissant comme 'control' et l'autre comme 'target'. Elle effectue un NOT sur la cible chaque fois que le contrôle est à l'état $\left|1\right\rangle$. Si le qubit de contrôle est en superposition, cette porte crée l'intrication.

Tous les circuits unitaires peuvent être décomposés en portes monoqubit et portes CNOT. Parce que la porte CNOT à deux qubits prend beaucoup plus de temps à exécuter sur du vrai matériel que les portes monoqubit, le coût du circuit est parfois mesuré en nombre de portes CNOT.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	cx q[0], q[1];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte Toffoli

La porte Toffoli, également connue sous le nom de porte double controlled-NOT (CCX), a deux qubits de contrôle et un qubit cible. Elle applique un NOT à la cible seulement lorsque les deux contrôles sont à l'état $\left|1\right\rangle$.

La porte Toffoli avec la porte Hadamard est un ensemble universel de portes pour le calcul quantique.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	ccx q[0], q[1], q[2];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte SWAP

La porte SWAP échange les états de deux qubits.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	swap q[0], q[1];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte identité

La porte d'identité (parfois appelée porte Id ou porte I) est en fait l'absence d'une porte. Elle garantit que rien n'est appliqué à un qubit pendant une unité de temps de porte.

Référence du Composer	Référence Qasm
	id q[0];

Portes de phase

Porte T

La porte T équivaut à RZ pour l'angle $\pi/4$. Les ordinateurs quantiques tolérants aux pannes compileront tous les programmes quantiques en réduisant à juste la porte T et son inverse, ainsi que les portes de Clifford.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	t q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte S

La porte S applique une phase de $i$ à l'état $\left|1\right\rangle$. Elle équivaut à RZ pour l'angle $\pi/2$. Note que S=P($\pi/2$).

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	s q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte Z

La porte Pauli Z agit comme identité sur l'état $\left|0\right\rangle$ et multiplie le signe de l'état $\left|1\right\rangle$ par -1. Elle bascule donc les états $\left|+\right\rangle$ et $\left|-\right\rangle$. Dans la base +/-, elle joue le même rôle que la porte NOT dans la base $\left|0\right\rangle$/$\left|1\right\rangle$.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	z q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte $T^{\dagger}$

Également connue sous le nom de porte Tdg ou T-dagger.

L'inverse de la porte T.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	tdg q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte $S^{\dagger}$

Également connue sous le nom de porte Sdg ou S-dagger.

L'inverse de la porte S.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	sdg q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte de phase

La porte de phase (anciennement appelée porte U1) applique une phase de $e^{i\theta}$ à l'état $\left|1\right\rangle$. Pour certaines valeurs de $\theta$, elle équivaut à d'autres portes. Par exemple, P($\pi$)=Z, P($\pi$/$2$)=S, et P($\pi/4$)=T. À une phase globale de $e^{i\theta/2}$ près, elle équivaut à RZ($\theta$).

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	p(theta) q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Dans IBM Quantum Composer, la valeur par défaut pour theta est $\pi/2$.

Porte RZ

La porte RZ implémente $exp(-i\frac{\theta}{2}Z)$. Sur la sphère de Bloch, cette porte correspond à faire pivoter l'état du qubit autour de l'axe z par l'angle donné.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	rz(angle) q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Dans IBM Quantum Composer, la valeur par défaut pour angle est $\pi/2$. Par conséquent, c'est l'angle utilisé dans la visualisation de la q-sphere.

Opérateurs non unitaires et modificateurs

Opération de réinitialisation

L'opération de réinitialisation ramène un qubit à l'état $\left|0\right\rangle$, indépendamment de son état avant l'application de l'opération. Ce n'est pas une opération réversible.

Référence du Composer	Référence OpenQASM
	reset q[0];

Mesure

Mesure dans la base standard, également connue sous le nom de base z ou base computationnelle. Peut être utilisée pour implémenter n'importe quel type de mesure en combinaison avec des portes. Ce n'est pas une opération réversible.

Référence du Composer	Référence OpenQASM
	measure q[0];

Modificateur de contrôle

Un modificateur de contrôle donne une porte dont l'opération originale dépend maintenant de l'état du qubit de contrôle. Lorsque le contrôle est dans l'état $|1\rangle$, le(s) qubit(s) cible(s) subit(ent) l'évolution unitaire spécifiée. En contraste, aucune opération n'est effectuée si le contrôle est dans l'état $|0\rangle$. Si le contrôle est dans un état de superposition, l'opération résultante découle de la linéarité.

Glisse le modificateur de contrôle sur une porte pour lui ajouter un contrôle. Des points apparaissent au-dessus et au-dessous de la porte, sur les fils de qubit qui peuvent être des cibles du contrôle ; clique sur un ou plusieurs points pour assigner la cible à un ou plusieurs qubits. Tu peux aussi assigner un contrôle en cliquant avec le bouton droit sur une porte.

Pour supprimer un contrôle, clique avec le bouton droit sur la porte et sélectionne l'option de suppression du contrôle.

Référence du Composer	Référence OpenQASM
	c

Opération de barrière

Pour rendre ton programme quantique plus efficace, le compilateur essayera de combiner les portes. La barrière est une instruction au compilateur pour empêcher ces combinaisons d'être faites. De plus, c'est utile pour les visualisations.

Référence du Composer	Référence OpenQASM
	barrier q;

Porte Hadamard

Porte H

La porte H, ou porte Hadamard, fait pivoter les états $\left|0\right\rangle$ et $\left|1\right\rangle$ vers $\left|+\right\rangle$ et $\left|-\right\rangle$, respectivement. C'est utile pour créer des superpositions. Si tu as un ensemble universel de portes sur un ordinateur classique et que tu ajoutes la porte Hadamard, il devient un ensemble universel de portes sur un ordinateur quantique.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	h q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Portes quantiques

Porte $\sqrt{X}$

Également connue sous le nom de porte NOT de racine carrée.

Cette porte implémente la racine carrée de X, $\sqrt{X}$. Appliquer cette porte deux fois de suite produit la porte Pauli-X standard (porte NOT). Comme la porte Hadamard, $\sqrt{X}$ crée un état de superposition égale si le qubit est dans l'état $|0\rangle$, mais avec une phase relative différente. Sur certains matériels, c'est une porte native qui peut être implémentée avec une impulsion $\pi/2$ ou X90.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	sx q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte $\sqrt{X}^{\dagger}$

Également connue sous le nom de porte SXdg ou porte NOT-dagger de racine carrée.

C'est l'inverse de la porte $\sqrt{X}$. L'appliquer deux fois de suite produit la porte Pauli-X (porte NOT), car la porte NOT est son propre inverse. Comme la porte $\sqrt{X}$, cette porte peut être utilisée pour créer un état de superposition égale, et elle aussi est implémentée de manière native sur certains matériels en utilisant une impulsion X90.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	sxdg q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte Y

La porte Pauli Y équivaut à Ry pour l'angle $\pi$. Elle équivaut à appliquer X et Z, à un facteur de phase globale.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	y q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte RX

La porte RX implémente $exp(-i\frac{\theta}{2}X)$. Sur la sphère de Bloch, cette porte correspond à faire pivoter l'état du qubit autour de l'axe x par l'angle donné.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	rx(angle) q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Dans IBM Quantum Composer, la valeur par défaut pour angle est $\pi/2$. Par conséquent, c'est l'angle utilisé dans la visualisation de la q-sphere.

Porte RY

La porte RY implémente $exp(-i\frac{\theta}{2}Y)$. Sur la sphère de Bloch, cette porte correspond à faire pivoter l'état du qubit autour de l'axe y par l'angle donné et n'introduit pas d'amplitudes complexes.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	ry(angle) q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Dans IBM Quantum Composer, la valeur par défaut pour angle est $\pi/2$. Par conséquent, c'est l'angle utilisé dans la visualisation de la q-sphere ci-dessous.

Porte RXX

La porte RXX implémente $\exp(-i \theta/2 X \otimes X)$. La porte de Mølmer–Sørensen, la porte native sur les systèmes de pièges à ions, peut être exprimée comme une somme de portes RXX.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	rxx(angle) q[0], q[1];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Dans IBM Quantum Composer, la valeur par défaut pour angle est $\pi/2$.

Porte RZZ

La porte RZZ nécessite un seul paramètre : un angle exprimé en radians. Cette porte est symétrique ; l'échange des deux qubits sur lesquels elle agit ne change rien.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	rzz(angle) q[0], q[1];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Dans IBM Quantum Composer, la valeur par défaut pour angle est $\pi/2$.

Porte U

(Anciennement appelée porte U3) Les trois paramètres permettent la construction de n'importe quelle porte monoqubit. A une durée d'une unité de temps de porte.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	u(theta, phi, lam) q[0];		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Dans IBM Quantum Composer, la valeur par défaut pour angle est $\pi/2$.

Porte RCCX

La porte Toffoli simplifiée, également appelée porte Margolus.

La porte Toffoli simplifiée implémente la porte Toffoli à des phases relatives près. Cette implémentation nécessite trois portes CX, qui est la quantité minimale possible, comme le montre https://arxiv.org/abs/quant-ph/0312225. Note que la porte Toffoli simplifiée n'équivaut pas à la porte Toffoli, mais peut être utilisée dans les endroits où la porte Toffoli est recalculée.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	rccx a, b, c;		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.

Porte RC3X

La porte Toffoli de 3 contrôles simplifiée.

La porte Toffoli simplifiée implémente la porte Toffoli à des phases relatives près. Note que la porte Toffoli simplifiée n'équivaut pas à la porte Toffoli, mais peut être utilisée dans les endroits où la porte Toffoli est recalculée.

Référence du Composer	Référence OpenQASM	Q-sphere	Remarque sur les représentations de q-sphere
	rc3x a, b, c, d;		La représentation de la q-sphere montre l'état après que la porte opère sur l'état de superposition égale initial $\frac{1}{\sqrt{2^{n}}}\sum_{i=0}^{2^{n}-1}\vert i\rangle,$ où $n$ est le nombre de qubits nécessaires pour soutenir la porte.