파이썬으로 양자 가산기 및 가산 중첩 구현하기

29 Sep 2023

python

양자 가산기는 양자 컴퓨팅에서 중요한 요소로, 양자 비트들을 더하고 그 결과를 저장하는 역할을 합니다. 이번 블로그 포스트에서는 파이썬을 사용하여 양자 가산기와 가산 중첩을 구현하는 방법을 알아보겠습니다.

양자 가산기 구현하기

# 필요한 라이브러리 가져오기
import pennylane as qml
from pennylane import numpy as np

# 양자 회로 정의하기
def quantum_adder(circuit, a, b, carry_in):
    # Carry 비트와 합 비트 생성하기
    qml.CNOT(wires=[a, b])
    qml.CNOT(wires=[a, carry_in])
    qml.Toffoli(wires=[a, b, carry_in])

# 양자 회로 초기화하기
dev = qml.device('default.qubit', wires=3)
circuit = qml.QNode(quantum_adder, dev)

# 비트 덧셈 수행하기
a = 1
b = 1
carry_in = 0

circuit(a, b, carry_in)

위의 코드는 PennyLane 라이브러리를 사용하여 양자 가산기를 구현하는 예시입니다. 합 비트를 위해 두 개의 양자 비트 a와 b를 사용하고, carry 비트를 위해 carry_in을 사용합니다. qml.CNOT 및 qml.Toffoli 게이트를 이용하여 덧셈 연산을 수행하고, 회로를 실행하여 결과를 계산합니다.

가산 중첩 구현하기

가산 중첩은 여러 개의 양자 가산기를 사용하여 n비트의 덧셈 연산을 수행하는 방법입니다. 아래는 양자 가산기를 사용하여 4비트의 덧셈을 수행하는 예시입니다.

# 필요한 라이브러리 가져오기
import pennylane as qml
from pennylane import numpy as np

# 양자 회로 정의하기
def quantum_addition(circuit, a, b):
    n = len(a)

    # 출력용 양자 레지스터 생성하기
    output_qubits = [qml.QubitStateVector(np.zeros(2 ** (n + 1)), wires=[i]) for i in range(n + 1)]

    # 양자 가산기들을 가산 중첩하기
    for i in range(n):
        quantum_adder(circuit, a[i], b[i], output_qubits[i])

    # 출력 양자 레지스터 앞부분과 마지막 양자 비트만 표시
    measurement_gate = qml.Hadamard(wires=output_qubits[:-1]) @ qml.state()

    return qml.sample(qml.PauliZ(0)), qml.sample(qml.PauliZ(-1))

# 양자 회로 초기화하기
dev = qml.device('default.qubit', wires=5)
circuit = qml.QNode(quantum_addition, dev)

# 비트 덧셈 수행하기
a = [1, 1, 1, 1]
b = [1, 1, 0, 0]

result = circuit(a, b)
print(result)

위의 코드는 4비트의 두 수를 양자 가산 중첩을 사용하여 더하는 예시입니다. quantum_addition 함수는 quantum_adder 함수를 호출하여 양자 가산기들을 중첩시키고, qml.sample를 사용하여 결과의 중첩 상태를 측정합니다.

이러한 방식으로 여러 개의 양자 가산기를 중첩시켜 더 복잡한 덧셈 연산을 수행할 수 있습니다.

#양자컴퓨팅 #양자가산 #파이썬