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  • 양자 회로를 시각화 하기
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이 페이지는 tutorials/circuits_advanced/03_advanced_circuit_visualization.ipynb 로부터 생성되었다.

IBM 퀀텀 랩 에서 대화식으로 실행하시오.

양자 회로를 시각화 하기

[1]:

from qiskit import QuantumCircuit, ClassicalRegister, QuantumRegister

양자 회로 그리기

양자 회로를 작성할 때 종종 그 회로를 그려보는 것이 도움이 된다. 이 기능은 QuantumCircuit 객체에서 기본적으로 지원된다. 회로를 그리려면 회로에 print() 를 사용하거나 객체에서 draw() 매서드를 불러오는 방법이 있다. 이렇게 하면 회로 다이어그램이 ‘ASCII art 버전<https://en.wikipedia.org/wiki/ASCII_art>’__ 으로 그려진다.

[2]:

# Build a quantum circuit
circuit = QuantumCircuit(3, 3)

circuit.x(1)
circuit.h(range(3))
circuit.cx(0, 1)
circuit.measure(range(3), range(3));

[3]:

print(circuit)

     ┌───┐          ┌─┐
q_0: ┤ H ├───────■──┤M├───
     ├───┤┌───┐┌─┴─┐└╥┘┌─┐
q_1: ┤ X ├┤ H ├┤ X ├─╫─┤M├
     ├───┤└┬─┬┘└───┘ ║ └╥┘
q_2: ┤ H ├─┤M├───────╫──╫─
     └───┘ └╥┘       ║  ║
c_0: ═══════╬════════╩══╬═
            ║           ║
c_1: ═══════╬═══════════╩═
            ║
c_2: ═══════╩═════════════


[4]:

circuit.draw()

[4]:

     ┌───┐          ┌─┐
q_0: ┤ H ├───────■──┤M├───
     ├───┤┌───┐┌─┴─┐└╥┘┌─┐
q_1: ┤ X ├┤ H ├┤ X ├─╫─┤M├
     ├───┤└┬─┬┘└───┘ ║ └╥┘
q_2: ┤ H ├─┤M├───────╫──╫─
     └───┘ └╥┘       ║  ║
c_0: ═══════╬════════╩══╬═
            ║           ║
c_1: ═══════╬═══════════╩═
            ║
c_2: ═══════╩═════════════

회로 시각화 대체 방법들 (Renderers)

텍스트로 출력하는 것은 작성 하는 회로를 빠르게 볼 수 있어 유용하지만 출력 방법의 선택에 있어 유연성이 떨어진다. 그 대안으로, 양자 회로를 그려서 출력해 주는 두 가지 출력 렌더러가 존재한다. 하나는 matplotlib 이고 다른 하나는 LaTeX 으로 qcircuit package 를 이용한다. 이 방법을 선택하는 방법은 draw() 메서드의 kwarg인 output 에 mpl 와 latex 값을 명시하는 것이다.

[5]:

# Matplotlib Drawing
circuit.draw(output='mpl')

[5]:
../../_images/tutorials_circuits_advanced_03_advanced_circuit_visualization_7_0.png

circuit.draw()의 출력값 설정하기

기본적으로 회로를 그려주는 매서드는 객체로서 이미지를 만들어 반환할뿐 다른 출력값을 제공하지 않는다. 명시된 출력에 따라 이에 해당하는 클래스가 반환되는데 'text'(기본 설정 값)은 TextDrawer 객체를, 'mpl' 는 matplotlib.Figure 객체를 latex 는 PIL.Image 객체를 반환한다. 반환 유형을 사용하면 그려진 그림을 수정하거나 직접 상호작용 할 수 있다. 우리가 튜토리얼에서 사용하는 Jupyter notebooks는 이 반환 유형을 이해하고 그림을 자동으로 생성해 주지만 Jupyter 밖에서 작동할 때는 이 과정이 자동으로 되지 않는다. 그러나 draw() 매서드에는 결과값을 출력할지 저장할지 결정하는 선택인자가 있다. 이를 명시해주면 filename 인자에서 저장할 파일 경로를 받아 결과를 저장할 수 있다. 다른방법으로 만약 output으로 mpl 나 latex 를 사용한다면 interactive 라는 인자를 이용할 수 있는데 이는 새로운 윈도우에서 이미지를 열 수 있다. (이 방법은 노트북 내부에서 작동하지는 않지만 추후에 설명하도록 한다.)

출력을 맞춤 하기

결과에 따라 회로 다이어그램을 맞춤 해 주는 옵션들이 준비되어 있다.

장벽 (Barriers) 그림 금지와 비트 순서 뒤집기

처음 두 개의 옵션은 세 개의 백엔드 전부 사이에서 공유된다. 이를 통해 비트 순서와, 장벽을 그릴지에 대한 여부를 둘 다 설정할 수 있다. 이들은 reverse_bits kwarg와 plot_barriers kwarg에 의해 각각 설정될 수 있다. 아래 예제는 어떤 출력 백엔드와도 작동할 것이며 간결성을 위해 latex 가 여기에서 사용된다.

[8]:

# Draw a new circuit with barriers and more registers

q_a = QuantumRegister(3, name='qa')
q_b = QuantumRegister(5, name='qb')
c_a = ClassicalRegister(3)
c_b = ClassicalRegister(5)

circuit = QuantumCircuit(q_a, q_b, c_a, c_b)

circuit.x(q_a[1])
circuit.x(q_b[1])
circuit.x(q_b[2])
circuit.x(q_b[4])
circuit.barrier()
circuit.h(q_a)
circuit.barrier(q_a)
circuit.h(q_b)
circuit.cswap(q_b[0], q_b[1], q_b[2])
circuit.cswap(q_b[2], q_b[3], q_b[4])
circuit.cswap(q_b[3], q_b[4], q_b[0])
circuit.barrier(q_b)
circuit.measure(q_a, c_a)
circuit.measure(q_b, c_b);

[9]:

# Draw the circuit
circuit.draw(output='mpl')

[9]:
../../_images/tutorials_circuits_advanced_03_advanced_circuit_visualization_11_0.png 
[10]:

# Draw the circuit with reversed bit order
circuit.draw(output='mpl', reverse_bits=True)

[10]:
../../_images/tutorials_circuits_advanced_03_advanced_circuit_visualization_12_0.png 
[11]:

# Draw the circuit without barriers
circuit.draw(output='mpl', plot_barriers=False)

[11]:
../../_images/tutorials_circuits_advanced_03_advanced_circuit_visualization_13_0.png 
[12]:

# Draw the circuit without barriers and reverse bit order
circuit.draw(output='mpl', plot_barriers=False, reverse_bits=True)

[12]:
../../_images/tutorials_circuits_advanced_03_advanced_circuit_visualization_14_0.png

백엔드 특정 맞춤

사용 가능한 일부 사용자 지정 옵션은 백엔드에 따라 다르다. text 백엔드에 대한 line_length kwarg를 사용하여 출력의 최대 너비를 설정할 수 있다. 다이어그램이 최대값보다 넓으면 아래 다이어그래을 래핑(wrapping) 한다. mpl 백엔드에는 사용자에 따라 출력을 맞춤 지정하는 데 사용되는 style kwarg가 있다. scale 옵션은 mpl 및 latex 백엔드에서 곱셈 조정 계수(multiplicative adjustment factor) 를 이용하여 출력 이미지의 크기를 조정하는 데 사용된다. style kwarg는 여러 옵션이 있는 dict 를 가져와서 색상 변경, 다양한 유형의 게이트, 다양한 선 스타일 등에 대하여 렌더링된 텍스트를 변경하는 데 높은 수준의 유연성을 제공한다. 사용 가능한 옵션은 다음과 같다:

  • textcolor (str): 텍스트에 사용할 색상 코드 기본설정은 '#000000' 이다.

  • subtextcolor (str): 서브텍스트에 사용할 색상코드 기본설정은 '#000000' 이다.

  • linecolor (str): 선들에 사용할 색상 코드 기본설정은 '#000000' 이다.

  • creglinecolor (str): 고전 레지스트에 사용할 색상코드는 '#778899' 이다.

  • gatetextcolor (str): 게이트 텍스트에 사용할 색상코드는 '#000000' 이다.

  • gatefacecolor (str): 게이트에 사용할 색상코드 기본설정은 '#ffffff' 이다.

  • barrierfacecolor (str): 배리어(Barriers) 에 사용할 색상코드 기본설정은 '#bdbdbd' 이다.

  • backgroundcolor (str): 배경에 사용할 색상코드 기본설정은 '#ffffff' 이다.

  • fontsize (int): 텍스트의 글씨 크기 기본값은 13이다.

  • subfontsize (int): 서브텍스트의 글씨 크기 기본값은 8이다.

  • displaytext (dict): 출력 시각화의 각 요소 유형에 사용할 딕셔너리. 기본값들은 다음과 같다.

    'id': 'id',
'u0': 'U_0',
'u1': 'U_1',
'u2': 'U_2',
'u3': 'U_3',
'x': 'X',
'y': 'Y',
'z': 'Z',
'h': 'H',
's': 'S',
'sdg': 'S^\\dagger',
't': 'T',
'tdg': 'T^\\dagger',
'rx': 'R_x',
'ry': 'R_y',
'rz': 'R_z',
'reset': '\\left|0\\right\\rangle'

    이를 사용하게 될 경우, 요구되는 모든 값을 명시해야 한다. 불완전한 딕셔너리를 넘겨받았을 경우에 대한 규칙은 존재하지 않는다.

  • displaycolor (dict): 각 회로 요소에 사용할 색상 코드. 기본적으로 모든 값은 gatefacecolor 의 값을 사용하며, 키는 displaytext 에 해당한다. 또한, displaytext 와 동일하게, 불완전한 딕셔너리가 넘겨졌을 경우에 대한 규칙은 존재하지 않는다.

  • latexdrawerstyle (bool): 참일때 LaTeX 모드로 전환하여 게이트를 latex output 모드로 그려준다.

  • usepiformat (bool): 참이면 출력에 라디안을 사용한다.

  • fold (int): 회로를 접게 되는 회로요소들의 개수 기본값은 20이다.

  • cregbundle (bool): 참(True) 이면 고전 레지스터를 묶는다.

  • showindex (bool): 참(True) 이면 인덱스를 그린다.

  • Compress (bool): 참(True) 이면 압축된 회로를 그린다.

  • figwidth (int): 출력되는 그림의 최대 너비(인치 단위).

  • dpi (int): 이미지의 DPI 설정 기본값은 150이다.

  • creglinestyle (str): 고전 레지스터에 사용할 선의 디자인 스타일. 옵션 중에는 'solid', 'doublet', 또는 다른 유효한 matplotlib의 linestyle kwarg 값을 넣을 수 있다. 기본값은 doublet 이다.

[13]:

# Set line length to 80 for above circuit
circuit.draw(output='text')

[13]:

            ░ ┌───┐ ░    ┌─┐
qa_0: ──────░─┤ H ├─░────┤M├───────────────────────────
      ┌───┐ ░ ├───┤ ░    └╥┘┌─┐
qa_1: ┤ X ├─░─┤ H ├─░─────╫─┤M├────────────────────────
      └───┘ ░ ├───┤ ░     ║ └╥┘┌─┐
qa_2: ──────░─┤ H ├─░─────╫──╫─┤M├─────────────────────
            ░ ├───┤ ░     ║  ║ └╥┘    ░ ┌─┐
qb_0: ──────░─┤ H ├─■─────╫──╫──╫──X──░─┤M├────────────
      ┌───┐ ░ ├───┤ │     ║  ║  ║  │  ░ └╥┘┌─┐
qb_1: ┤ X ├─░─┤ H ├─X─────╫──╫──╫──┼──░──╫─┤M├─────────
      ├───┤ ░ ├───┤ │     ║  ║  ║  │  ░  ║ └╥┘┌─┐
qb_2: ┤ X ├─░─┤ H ├─X──■──╫──╫──╫──┼──░──╫──╫─┤M├──────
      └───┘ ░ ├───┤    │  ║  ║  ║  │  ░  ║  ║ └╥┘┌─┐
qb_3: ──────░─┤ H ├────X──╫──╫──╫──■──░──╫──╫──╫─┤M├───
      ┌───┐ ░ ├───┤    │  ║  ║  ║  │  ░  ║  ║  ║ └╥┘┌─┐
qb_4: ┤ X ├─░─┤ H ├────X──╫──╫──╫──X──░──╫──╫──╫──╫─┤M├
      └───┘ ░ └───┘       ║  ║  ║     ░  ║  ║  ║  ║ └╥┘
c0_0: ════════════════════╩══╬══╬════════╬══╬══╬══╬══╬═
                             ║  ║        ║  ║  ║  ║  ║
c0_1: ═══════════════════════╩══╬════════╬══╬══╬══╬══╬═
                                ║        ║  ║  ║  ║  ║
c0_2: ══════════════════════════╩════════╬══╬══╬══╬══╬═
                                         ║  ║  ║  ║  ║
c1_0: ═══════════════════════════════════╩══╬══╬══╬══╬═
                                            ║  ║  ║  ║
c1_1: ══════════════════════════════════════╩══╬══╬══╬═
                                               ║  ║  ║
c1_2: ═════════════════════════════════════════╩══╬══╬═
                                                  ║  ║
c1_3: ════════════════════════════════════════════╩══╬═
                                                     ║
c1_4: ═══════════════════════════════════════════════╩═
                                                       
[14]:

# Change the background color in mpl

style = {'backgroundcolor': 'lightgreen'}

circuit.draw(output='mpl', style=style)

[14]:
../../_images/tutorials_circuits_advanced_03_advanced_circuit_visualization_17_0.png 
[15]:

# Scale the mpl output to 1/2 the normal size
circuit.draw(output='mpl', scale=0.5)

[15]:
../../_images/tutorials_circuits_advanced_03_advanced_circuit_visualization_18_0.png

함수로서의 circuit_drawer()

회로 객체의 메소드가 아니라 자체 포함 함수로 회로를 그리는 것을 선호하는 애플리케이션이 있는 경우에는 qiskit.tools.visualization 에서 public stable 인터페이스의 일부인 circuit_drawer() 기능을 직접 사용할 수 있다. 이 함수는 요구되는 인자로서 회로 객체를 취하는 것을 제외하고는 circuit.draw() 함수와 동일하게 동작한다.

참고: Qiskit Terra <= 0.7에서, circuit_drawer() 함수는 기본적으로 LaTeX 출력 백엔드를 사용한다. 그리고 0.6.x 버전 라인업에서는 LaTeX이 어떤 이유로 작동 실패할 경우 mpl(matplotlib)으로 자동 전환된다. 릴리즈 > 0.7 부터, 기본값은 텍스트 출력으로 변경된다.

[17]:

from qiskit.tools.visualization import circuit_drawer

[18]:

circuit_drawer(circuit, output='mpl', plot_barriers=False)

[18]:
../../_images/tutorials_circuits_advanced_03_advanced_circuit_visualization_21_0.png 
[19]:

import qiskit.tools.jupyter
%qiskit_version_table
%qiskit_copyright

Version Information

Qiskit SoftwareVersion
QiskitNone
Terra0.15.0
Aer0.5.1
IgnisNone
AquaNone
IBM Q Provider0.7.0
System information
Python3.8.2 (default, Mar 26 2020, 10:43:30) [Clang 4.0.1 (tags/RELEASE_401/final)]
OSDarwin
CPUs4
Memory (Gb)16.0
Fri May 08 08:43:36 2020 EDT

This code is a part of Qiskit

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