UnitaryLab 算法用户手册

概述

本手册面向希望使用 UnitaryLab 算法库（unitarylab_algorithms/）运行量子算法的开发者和研究人员。所有算法均基于 BaseAlgorithm 统一接口，提供一致的执行、日志记录和结果导出流程。

使用算法库，你可以：

通过一次 .run() 调用运行 Shor、Grover、QFT、HHL、VQE、QAOA 等知名量子算法
自动保存量子线路图（SVG）和结果文本文件
使用预配置的 .test() 示例函数快速探索算法行为
基于提供的模板实现自定义算法

阅读路径

场景	建议阅读
第一次使用，快速上手	快速开始
了解模块全貌与 API 入口	API 使用总览
Shor、Simon、离散对数算法	密码学算法
Grover、QPE、振幅放大/估计、Hadamard	基础量子算法
Trotter、QDrift、Taylor、QSP、Cartan	哈密顿量模拟
QFT、HHL、LCU、QSP、QSVT、VQLS	线性代数算法
VQE、VQC、QAOA、QCBM、CVQNN	量子机器学习
热方程、对流方程求解器	薛定谔化方法
编写新算法	算法模板指南

模块结构概览


unitarylab_algorithms/
├── algo_base.py                          # BaseAlgorithm 共享基类
├── template.py                           # 最小化算法模板
├── cryptology/
│   ├── discrete_log/algorithm.py         # 离散对数算法
│   ├── shor/algorithm.py                 # Shor 质因数分解算法
│   └── simon/algorithm.py               # Simon 算法
├── fundamental_algorithm/
│   ├── amplitude_amplification/          # 振幅放大
│   ├── amplitude_estimation/             # 量子振幅估计
│   ├── grover/                          # Grover 搜索算法
│   ├── hadamard_test/                   # Hadamard 测试
│   ├── hadamard_transform/              # n 比特 Hadamard 变换
│   └── qpe/                            # 量子相位估计
├── hamiltonian_simulation/
│   ├── cartan/                          # Cartan 分解
│   ├── qdrift/                          # QDrift 随机乘积公式
│   ├── qsp/                            # 基于 QSP 的哈密顿量模拟
│   ├── taylor/                         # Taylor 级数展开
│   └── trotter/                        # Trotter 分解
├── linear_algebra/
│   ├── hhl/                            # HHL 线性方程组求解器
│   ├── lcu/                            # 酉算符线性组合
│   ├── qft/                            # 量子傅里叶变换
│   ├── qsp/                            # QSP 多项式变换
│   ├── qsvt_qlsa/                      # 基于 QSVT 的线性求解器
│   └── vqls/                           # 变分量子线性求解器
├── quantum_machine_learning/
│   ├── cvqnn/                          # 连续变量量子神经网络
│   ├── qaoa/                           # 量子近似优化算法
│   ├── qcbm/                           # 量子线路 Born 机
│   ├── vqc/                            # 变分量子分类器
│   └── vqe/                            # 变分量子本征求解器
└── schrodingerization/
    ├── base.py                          # 偏微分方程算法基类
    ├── equation_advection/              # 一维对流方程
    ├── equation_heat/                   # 一维热方程
    └── equation_heat2d/                 # 二维热方程

统一返回格式

每个算法的 .run() 方法都返回 Dict[str, Any]，包含至少以下字段：

字段	类型	说明
`status`	`str`	成功时为 `'ok'`，否则为错误信息
`circuit_path`	`str`	保存的量子线路 SVG 图的本地路径
`plot`	`list[dict]`	结果文件信息，包含 `{'format': 'txt', 'filename': '...'}`

部分算法还会返回额外的算法专有字段（如 factors、phase、fidelity 等）。