HLQuantum — abstractizare cuantică de nivel înalt
O bibliotecă Python care abstractizează complexitatea hardware-ului cuantic. Scrie-ți circuitul o singură dată cu HLQuantum și execută-l pe IBM Qiskit, Google Cirq, Amazon Braket, PennyLane, NVIDIA CUDA-Q sau IonQ — fără a schimba o singură linie de cod.
De ce să folosești HLQuantum?
Scrie o dată, rulează oriunde
Același cod de circuit se execută pe oricare dintre cele 6 backend-uri acceptate — fără traducere, fără rescriere.
Accelerare GPU integrată
Direcționează transparent circuitele către simulatoarele GPU NVIDIA pentru accelerări masive pe circuite mari.
Atenuarea erorilor
ZNE, atenuarea citirii și alte tehnici integrate — aplică-le cu un singur argument.
Algoritmi integrați
QFT, Grover, VQE, QAOA, Bernstein-Vazirani — gata de utilizare, independenți de backend.
Multi-backend asincron
Rulează experimente pe mai multe backend-uri simultan pentru benchmarking și verificare.
Integrare IA / MCP
Suportul Model Context Protocol permite agenților IA să orchestreze experimente cuantice.
Backend-uri acceptate
| Backend | Framework | Instalare | QPU real |
|---|---|---|---|
| qiskit | IBM Qiskit | pip install hlquantum[qiskit] | Da |
| cirq | Google Cirq | pip install hlquantum[cirq] | Doar sim |
| pennylane | Xanadu PennyLane | pip install hlquantum[pennylane] | Doar sim |
| braket | Amazon Braket | pip install hlquantum[braket] | Da |
| cudaq | NVIDIA CUDA-Q | pip install hlquantum[cudaq] | Doar sim |
| ionq | IonQ (via Qiskit) | pip install hlquantum[ionq] | Da |
Pornire rapidă
1. Instalează
# Install with your preferred backend pip install hlquantum[qiskit] # IBM Qiskit backend pip install hlquantum[cirq] # Google Cirq backend pip install hlquantum[pennylane] # PennyLane backend pip install hlquantum[braket] # Amazon Braket backend pip install hlquantum[cudaq] # NVIDIA CUDA-Q backend pip install hlquantum[ionq] # IonQ backend # Or install multiple at once pip install "hlquantum[qiskit,cirq,cudaq]"2. Creează primul tău circuit
import hlquantum as hlq # Create a 2-qubit circuit qc = hlq.Circuit(2) # Apply gates using the fluent API qc.h(0).cx(0, 1).measure_all() # Run on the default backend (auto-detects installed SDK) result = hlq.run(qc, shots=1000) print(result) # {'00': 507, '11': 493}3. Schimbă backend-ul cu un singur parametru
import hlquantum as hlq qc = hlq.Circuit(2) qc.h(0).cx(0, 1).measure_all() # The SAME circuit, on DIFFERENT backends — zero code changes r1 = hlq.run(qc, shots=1000, backend="qiskit") # Qiskit Aer r2 = hlq.run(qc, shots=1000, backend="cirq") # Google Cirq r3 = hlq.run(qc, shots=1000, backend="pennylane") # PennyLane r4 = hlq.run(qc, shots=1000, backend="cudaq") # NVIDIA GPU r5 = hlq.run(qc, shots=1000, backend="braket") # Amazon Braket r6 = hlq.run(qc, shots=1000, backend="ionq") # IonQ for name, result in zip(["Qiskit","Cirq","PennyLane","CUDA-Q","Braket","IonQ"], [r1, r2, r3, r4, r5, r6]): print(f"{name}: {result}")Decoratorul @kernel
Decoratorul @hlq.kernel îți permite să scrii logica cuantică drept funcții Python standard. HLQuantum le compilează și le execută automat pe backend-ul selectat.
import hlquantum as hlq @hlq.kernel def ghz_state(n: int): """Create an n-qubit GHZ state.""" qubits = hlq.qvector(n) hlq.h(qubits[0]) for i in range(n - 1): hlq.cx(qubits[i], qubits[i + 1]) hlq.measure_all(qubits) # Run the kernel result = hlq.run(ghz_state, args=(5,), shots=1000) print(result) # {'00000': ~500, '11111': ~500} # Works on any backend result_gpu = hlq.run( ghz_state, args=(20,), # 20-qubit GHZ! shots=1000, backend="cudaq" # GPU acceleration )Algoritmi cuantici integrați
HLQuantum include implementări gata de utilizare ale algoritmilor cuantici comuni care funcționează pe orice backend.
Transformata Fourier cuantică (QFT)Estimarea fazeiAlgoritmul lui Shor
Analogul cuantic al transformatei Fourier discrete. Folosit ca subrutină în mulți algoritmi, inclusiv algoritmul de factorizare al lui Shor.
import hlquantum as hlq
from hlquantum.algorithms import QFT
# Create a QFT circuit for 4 qubits
qft_circuit = QFT(n_qubits=4)
result = hlq.run(qft_circuit, shots=1000)
print(result)Algoritmul de căutare al lui GroverCăutareAccelerare cvadratică
Oferă o accelerare cvadratică pentru căutarea nestructurată. Găsește un element marcat în √N pași în loc de N.
import hlquantum as hlq
from hlquantum.algorithms import Grover
# Search for item "101" in a 3-qubit space
grover = Grover(oracle_string="101")
result = hlq.run(grover.circuit, shots=2000)
# The marked state should have high probability
print(result) # {'101': ~1800, others: ~200}VQE — rezolvitor propriu cuantic variaționalChimieOptimizare
Găsește energia stării fundamentale a unui hamiltonian. Algoritm cheie pentru chimia cuantică pe dispozitivele NISQ.
import hlquantum as hlq
from hlquantum.algorithms import VQE
from hlquantum.operators import PauliSum
# Define Hamiltonian
H = PauliSum.from_list([
("ZZ", -1.052), ("IZ", 0.398),
("ZI", -0.398), ("XX", 0.181),
])
vqe = VQE(hamiltonian=H, n_qubits=2, ansatz="TwoLocal", reps=2)
energy, params = vqe.run(backend="qiskit", max_iter=200)
print(f"Ground state energy: {energy:.6f}")QAOA — optimizare cuantică aproximativăCombinatorieOptimizare
Algoritm aproximativ pentru probleme de optimizare combinatorie precum MaxCut, partiționarea grafurilor și planificarea.
import hlquantum as hlq
from hlquantum.algorithms import QAOA
import networkx as nx
# Define a MaxCut problem
graph = nx.Graph([(0,1),(1,2),(2,3),(3,0),(0,2)])
qaoa = QAOA(problem="maxcut", graph=graph, p=2)
result = qaoa.run(backend="pennylane", shots=2000)
print(f"Best cut: {result.best_solution}")
print(f"Cut value: {result.best_value}")Straturi și pipeline-uri de ML cuantic
HLQuantum include o compoziție inspirată din ML pentru circuitele cuantice — construiește ansätze variaționale ca modele stratificate, similare cu nn.Sequential de la PyTorch.
import hlquantum as hlq from hlquantum.layers import RYLayer, EntanglingLayer, Sequential # Build a variational quantum model model = Sequential([ RYLayer(n_qubits=4), # Layer of RY rotations EntanglingLayer(n_qubits=4), # CNOT entangling layer RYLayer(n_qubits=4), # Another RY layer EntanglingLayer(n_qubits=4), ]) # Run the model (initializes random params) result = model.run(shots=1000, backend="pennylane") # Train the model (gradient-based) loss_history = model.fit( X_train, y_train, optimizer="adam", learning_rate=0.01, epochs=50 )Execuție multi-backend asincronă
Rulează același circuit pe mai multe backend-uri simultan și compară rezultatele. Excelent pentru evaluarea nivelurilor de zgomot sau verificarea rezultatelor pe diferite platforme.
import hlquantum as hlq import asyncio qc = hlq.Circuit(3) qc.h(0).cx(0, 1).cx(1, 2).measure_all() async def benchmark_backends(): tasks = { name: hlq.run_async(qc, shots=1000, backend=name) for name in ["qiskit", "cirq", "pennylane", "cudaq"] } results = {name: await task for name, task in tasks.items()} for name, result in results.items(): print(f"{name}: {result}") asyncio.run(benchmark_backends())Atenuarea erorilor
HLQuantum include tehnici integrate de atenuare a erorilor pentru execuția pe hardware real.
import hlquantum as hlq from hlquantum.mitigation import ZNE, ReadoutMitigation qc = hlq.Circuit(2) qc.h(0).cx(0, 1).measure_all() # Zero-Noise Extrapolation (ZNE) mitigated_result = hlq.run( qc, shots=2000, backend="qiskit", device="ibm_sherbrooke", # Real hardware mitigation=ZNE(noise_factors=[1, 2, 3]) ) # Readout error mitigation result_mit = hlq.run( qc, shots=2000, backend="qiskit", mitigation=ReadoutMitigation() ) print(f"Raw result: {hlq.run(qc, shots=2000)}") print(f"Mitigated result: {mitigated_result}")Accelerare GPU
import hlquantum as hlq # Large circuit — 28 qubits qc = hlq.Circuit(28) for i in range(28): qc.h(i) for i in range(27): qc.cx(i, i + 1) qc.measure_all() # CPU simulation (may be slow for 28 qubits) result_cpu = hlq.run(qc, shots=100, backend="qiskit") # GPU simulation — orders of magnitude faster! result_gpu = hlq.run(qc, shots=100, backend="cudaq") # NVIDIA result_gpu2 = hlq.run(qc, shots=100, backend="pennylane", device="lightning.gpu") # lightning.gpu print(f"CPU: {result_cpu}") print(f"GPU (CUDA-Q): {result_gpu}")Cuantic condus de IA (MCP)
HLQuantum include suport pentru Model Context Protocol (MCP), permițând agenților IA să construiască, să optimizeze și să execute circuite cuantice autonom. Acest lucru deschide o nouă paradigmă de descoperire a algoritmilor cuantici condusă de IA.
Află mai multe despre integrarea MCP a HLQuantum