QuTrunk
概述
- QuTrunk 是启科量子自主研发的一款免费、开源、跨平台的量子计算编程框架，包括量子编程API、量子命令转译、量子计算后端接口等。
- QuTrunk 使用 Python 作为宿主语言，利用 Python 的语法特性实现针对量子程序的 DSL (领域专用语言)，所有使用 Python 编程的 IDE 均可使用安装。
- QuTrunk 基于量子逻辑门、量子线路等概念提供量子编程所需各类 API，这些 API 由相应的模块实现。例如 QCircuit 实现量子线路，Qubit 实现量子比特，Qureg 实现量子寄存器，Command 实现每个量子门操作的指令，Backend 实现运行量子线路的后端模块，gate 模块实现各类基础量子门操作。
- QuTrunk 还可以作为其他上层量子计算应用的基础，例如：量子算法、量子可视化编程、量子机器学习等。
QuTrunk内部模块划分及层次结构如下：
核心模块
- cicuit: 量子线路，通过应用各类基础门操作以及算符操作构建量子线路，代表了整个量子算法的实现。
- qubit: 代表单个量子比特，是量子门和量子算符操作的目标对象。
- qureg: 用于申请量子计算资源，维护若干个量子比特，用于实现某个具体的量子算法。
- gate: 量子逻辑门模块，提供各类基础量子门操作，包括:H, X, Y, Z，P, R, Rx, Ry, Rz, S, Sdg, T, Tdg, CNOT, Toffoli, Swap等。
- operator: 量子算符操作，通过若干基础量子门实现某些通用量子操作，比如振幅放大QAA, 量子傅立叶变换QFT等。
- command: 对量子线路中所有门级操作做参数化处理，对接目标后端模块，用于运行整个量子线路。
- qasm: 兼容OpenQASM 2.0标准，实现量子线路到OpenQASM指令的序列化和反序列化。
- qusl: QuTrunk量子汇编标准，实现与qasm类似功能。
- backend: 量子计算后端模块，用于执行量子线路，支持Python本地后端，qusprout和qusaas两种远程后端以及第三方后端(目前支持IBM和AWS Braket)。
- qusprout: 对接启科研制的qubox设备，使用经典计算资源并针对量子计算特点做优化，提供高性能量子模拟计算服务。
- qusaas: 对接启科量子计算云平台，接入多种量子计算资源，包括经典计算资源，离子阱量子计算机（研发中）。
主要特点
- 基于量子逻辑门、量子算符和量子线路实现量子程序开发。
- 提供QuSL量子汇编指令标准，QuSL量子汇编与Python代码完全兼容。
- 设备独立，同一个量子线路只需替换后端类型即可以在不同的量子后端上运行。
- 提供多种量子计算体验，本地量子计算提供Python计算后端，远程后端提供OMP多线程、MPI多节点并行、GPU加速等计算模式，同时预留了接口对接启科量子自行研制的离子阱量子计算机。
- 兼容多种量子汇编指令格式：OpenQASM 2.0标准和QuSL汇编标准。
- 支持量子可视化编程（需要配合启科量子研发的量子集成开发环境 QuBranch）。
下载和安装
pip安装
QuTrunk 已发布于 PyPI 官网，可以通过 pip 命令进行安装。 注意在正式使用 QuTurnk 之前，您需要先安装 Python（版本 3.8+）。
pip install qutrunk
# 可选安装：braket——支持AWS Braket作为量子计算后端
pip install 'qutrunk[braket]'
# 可选安装：parallel——支持多节点并行计算
pip install 'qutrunk[parallel]'
# 可选安装：gpu——支持gpu计算加速(目前支持到：cuda 11)
pip install 'qutrunk[gpu]'验证QuTrunk是否安装成功，打开终端进入python交互模式，执行如下语句：
import qutrunk
qutrunk.run_check()输出结果为："QuTrunk is installed successfully! You can use QuTrunk now."表明QuTrunk安装成功。
示例代码
以下示例展示了利用 QuTrunk 运行 bell-pair 量子算法：
# import package
from qutrunk.circuit import QCircuit
from qutrunk.circuit.gates import H, CNOT, Measure, All
# allocate resource
qc = QCircuit()
qr = qc.allocate(2)
# apply quantum gates
H * qr[0]
CNOT * (qr[0], qr[1])
All(Measure) * qr
# print circuit
qc.print()
# run circuit
res = qc.run(shots=1024)
# print result
print(res.get_counts())
# draw circuit
qc.draw()运行结果：
量子可视化编程
QuBranch是由启科量子基于vscode开发的量子编程集成开发环境, QuTrunk与QuBranch相互配合可以实现量子可视化编程, 具体步骤参见量子可视化编程
文档
如何参与开发
- 阅读源代码，了解我们当前的开发方向
- 找到自己感兴趣的功能或模块
- 进行开发，开发完成后自测功能是否正确
- Fork代码库，将修复代码提交到fork的代码库
- 发起pull request
- 更多详情请参见链接
许可证
QuTrunk是自由和开源的，在Apache 2.0许可证版本下发布。
