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量子ビットを測定する

Package versions

このページのコードは、以下の要件を使用して開発されました。 これらのバージョン以降を使用することをお勧めします。

qiskit[all]~=2.3.0
qiskit-ibm-runtime~=0.43.1

量子ビットの状態に関する情報を取得するには、古典ビットに_測定_することができます。Qiskitでは、測定は計算基底、すなわち単一量子ビットのPauli-ZZ基底で実行されます。したがって、測定はPauli-ZZ固有状態∣0⟩|0\rangleおよび∣1⟩|1\rangleとの重なりに応じて、0または1を返します。

∣q⟩→measure{0(outcome+1),with probability p0=∣⟨q∣0⟩∣2,1(outcome−1),with probability p1=∣⟨q∣1⟩∣2.|q\rangle \xrightarrow{measure}\begin{cases} 0 (\text{outcome}+1), \text{with probability } p_0=|\langle q|0\rangle|^{2}\text{,} \\ 1 (\text{outcome}-1), \text{with probability } p_1=|\langle q|1\rangle|^{2}\text{.} \end{cases}

回路中測定​

回路中測定（Mid-circuit measurements）は動的回路の重要な構成要素です。qiskit-ibm-runtime v0.43.0より前のバージョンでは、measureがQiskitにおける唯一の測定命令でした。しかし、回路中測定は_終端_測定（回路の末尾で行われる測定）とは異なるチューニング要件があります。たとえば、回路中測定をチューニングする際には命令の継続時間を考慮する必要があります。これは、継続時間が長い命令ほどノイズの多い回路になるためです。一方、終端測定の後には命令が存在しないため、終端測定では命令の継続時間を考慮する必要はありません。

qiskit-ibm-runtime v0.43.0において、MidCircuitMeasure命令が導入されました。名前が示す通り、これはIBM® QPU上での回路中用に最適化された新しい測定命令です。

備考

MidCircuitMeasure命令は、バックエンドのsupported_instructionsに報告されるmeasure_2命令にマッピングされます。ただし、measure_2はすべてのバックエンドでサポートされているわけではありません。service.backends(filters=lambda b: "measure_2" in b.supported_instructions)を使用して、対応するバックエンドを見つけることができます。将来的に新しい測定が追加される可能性がありますが、これは保証されていません。

回路に測定を適用する​

回路に測定を適用する方法はいくつかあります。

QuantumCircuit.measureメソッド​

QuantumCircuitを測定するには、measureメソッドを使用します。

例：

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit qiskit-ibm-runtime
from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(5, 5)
qc.x(0)
qc.x(1)
qc.x(4)
qc.measure(
    range(5), range(5)
)  #  Measures all qubits into the corresponding clbit.
<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260490>
from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure(1, 0)  # Measure qubit 1 into the classical bit 0.
<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260820>

Measureクラス​

QiskitのMeasureクラスは、指定された量子ビットを測定します。

from qiskit.circuit import Measure

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 1])
qc.append(Measure(), [0], [0])  # measure qubit 0 into clbit 0
<qiskit.circuit.instructionset.InstructionSet at 0x7fdc54260df0>

QuantumCircuit.measure_allメソッド​

すべての量子ビットを対応する古典ビットに測定するには、measure_allメソッドを使用します。デフォルトでは、このメソッドはこれらの測定結果を格納するための新しい古典ビットをClassicalRegisterに追加します。

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure_all()  # Measure all qubits.

QuantumCircuit.measure_activeメソッド​

アイドル状態でないすべての量子ビットを測定するには、measure_activeメソッドを使用します。このメソッドは、測定される非アイドル量子ビットの数と同じサイズの新しいClassicalRegisterを作成します。

from qiskit import QuantumCircuit

qc = QuantumCircuit(3, 1)
qc.x([0, 2])
qc.measure_active()  # Measure qubits that are not idle, that is, qubits 0 and 2.

MidCircuitMeasureメソッド​

回路中測定を適用するにはMidCircuitMeasureを使用します（qiskit-ibm-runtime v0.43.0以降が必要です）。回路中測定にQuantumCircuit.measureを使用することもできますが、その設計上、MidCircuitMeasureの方が一般的に優れた選択肢です。たとえば、QuantumCircuit.measureを使用する場合と比べて、回路への追加オーバーヘッドが少なくなります。

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
from qiskit_ibm_runtime.circuit import MidCircuitMeasure
from qiskit.circuit import Measure

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)

circ = QuantumCircuit(2, 2)
circ.x(0)
circ.append(MidCircuitMeasure(), [0], [0])
# circ.measure([0], [0])
# circ.measure_all()
print(circ.draw(cregbundle=False))
┌───┐┌────────────┐
q_0: ┤ X ├┤0           ├
     └───┘│            │
q_1: ─────┤  Measure_2 ├
          │            │
c_0: ═════╡0           ╞
          └────────────┘
c_1: ═══════════════════
重要な注意事項
  • 測定を使用するには、少なくとも1つの古典レジスタが必要です。
  • Samplerプリミティブには回路の測定が必要です。Estimatorプリミティブでも回路の測定を追加することができますが、それらは無視されます。

次のステップ​

推奨事項