Qiskit

Qiskit est une bibliothèque de programmation quantique à code source ouvert développée en Python par IBM. Comme les bibliothèques PennyLane et Snowflurry, elle permet de construire, simuler et exécuter des circuits quantiques. La documentation de Qiskit est disponible en ligne.

Installation

1. Chargez les dépendances de Qiskit.

[name@server ~]$ module load StdEnv/2023 gcc python/3.11 symengine scipy-stack

2. Créez et activez un environnement virtuel Python.

[name@server ~]$ virtualenv --no-download --clear ~/ENV && source ~/ENV/bin/activate

3. Installez une version spécifique de Qiskit.

(ENV) [name@server ~] pip install --no-index --upgrade pip
(ENV) [name@server ~] pip install --no-index qiskit==X.Y.Z  qiskit_aer==X.Y.Z

où X.Y.Z représente le numéro de la version, par exemple 1.1.0. Pour installer la plus récente version disponible sur nos grappes, n'indiquez pas de version. Ici, nous n'avons importé que qiskit et qiskit_aer. Vous pouvez ajouter d'autres logiciels Qiskit en fonction de vos besoins en suivant la structure qiskit_package==X.Y.Z où qiskit_package représente le logiciel voulu, par exemple qiskit-finance. Les wheels présentement disponibles sont listés sur la page Wheels Python.

4. Validez l’installation de Qiskit.

(ENV)[name@server ~] python -c 'import qiskit'

5. Gelez l'environnement et les dépendances.

(ENV)[name@server ~] pip freeze ~/qiskit_requirements.txt

Exécuter Qiskit sur une grappe

File : script.sh

#!/bin/bash
#SBATCH --account=def-someuser #Modify with your account name
#SBATCH --time=00:15:00        #Modify as needed
#SBATCH --cpus-per-task=1      #Modify as needed
#SBATCH --mem-per-cpu=1G       #Modify as needed

# Load modules dependencies.
module load StdEnv/2023 gcc python/3.11 symengine scipy-stack  

# Generate your virtual environment in $SLURM_TMPDIR.                                                                                                         
virtualenv --no-download ${SLURM_TMPDIR}/env                                                                                                                   
source ${SLURM_TMPDIR}/env/bin/activate  

# Install Qiskit and its dependencies.                                                                                                                                                                                                                                                                                    
pip install --no-index --upgrade pip                                                                                                                            
pip install --no-index --requirement ~/qiskit_requirements.txt

#Edit with your Qiskit program                                                                                                                                                                       
python qiskit_example.py

Vous pouvez ensuite soumettre votre tâche à l'ordonnanceur.

Exemple d'utilisation : États de Bell

Nous allons créer le premier état de Bell sur MonarQ. Il faut d'abord importer les modules nécessaires.

   from qiskit_aer import Aer
   from qiskit import QuantumCircuit, transpile
   from qiskit.visualization import plot_histogram

Ensuite, nous définissons le circuit. Nous appliquons une porte Hadamard afin de créer un état de superposition sur le premier qubit et nous appliquons ensuite une porte CNOT pour intriquer le premier et le deuxième qubit.

   circuit = QuantumCircuit(2,2)
   circuit.h(0)
   circuit.cx(0,1)
   circuit.measure([0,1],[0,1])

Nous précisons le simulateur que nous voulons utiliser puis nous transpilons le circuit. Nous obtenons le dénombrement des états finaux des qubits après avoir fait des mesures répétées.

   simulator = Aer.get_backend('qasm_simulator')
   compiled_circuit = transpile(circuit, simulator)
   job = simulator.run(compiled_circuit)
   result = job.result()
   counts = result.get_counts()
   print("counts: ", counts)
   {'00': 489, '11': 535}

Nous affichons un histogramme des résultats avec la commande

   plot_histogram(counts)

Histogramme des résultats de 1000 mesures sur le premier état de Bell