核心线路接口

from unitarylab.core import Circuit
 
# 方式一：直接指定量子比特数（最常用）
qc = Circuit(4)
 
# 方式二：传入初始状态向量（用于从已知量子态开始模拟）
import numpy as np
state = np.array([1, 0, 0, 0], dtype=complex)  # 对应 |00⟩
qc = Circuit(state)
 
# 方式三：传入 Register 和 ClassicalRegister 对象（需要命名寄存器或测量时使用）
from unitarylab.core import Register
from unitarylab.core.classical_register import ClassicalRegister
qr = Register('q', 3)
cr = ClassicalRegister('c', 3)
qc = Circuit(qr, cr)

qc = Circuit(3)
 
qc.x(0)       # Pauli-X（NOT）门
qc.y(1)       # Pauli-Y 门
qc.z(2)       # Pauli-Z 门
qc.h(0)       # Hadamard 门
qc.s(1)       # S 门（π/2 相位）
qc.sdag(1)    # S† 门
qc.t(2)       # T 门（π/4 相位）
qc.tdag(2)    # T† 门
qc.i(0)       # 恒等门（no-op，可用于占位）

import numpy as np
 
qc = Circuit(2)
 
# RX(θ)：绕 X 轴旋转 θ 角度
qc.rx(np.pi / 2, 0)
 
# RY(θ)：绕 Y 轴旋转
qc.ry(np.pi / 4, 1)
 
# RZ(θ)：绕 Z 轴旋转
qc.rz(np.pi, 0)
 
# 相位门 P(θ)：仅对 |1⟩ 施加 e^{iθ} 相位
qc.p(np.pi / 2, 1)
 
# 通用单比特门 U3(θ, φ, λ)
qc.u3(np.pi / 2, 0, np.pi, 0)

qc = Circuit(3)
 
# CNOT：控制比特 0，目标比特 1
qc.cx(0, 1)
qc.cnot(0, 1)  # cx 的别名
 
# 多控制 X（Toffoli）：控制比特列表，目标比特
qc.mcx([0, 1], 2)
 
# 受控 Z
qc.cz(0, 1)
 
# 受控 Hadamard
qc.ch(0, 1)
 
# 受控相位门
qc.cp(np.pi / 2, 0, 1)
 
# 受控旋转门
qc.crx(np.pi / 2, 0, 1)
qc.cry(np.pi / 2, 0, 1)
qc.crz(np.pi / 2, 0, 1)
 
# SWAP 门
qc.swap(0, 1)
 
# 任意酉矩阵门（传入 2x2 或更大的酉矩阵）
import numpy as np
mat = np.array([[0, 1], [1, 0]], dtype=complex)  # Pauli-X 矩阵
qc.unitary(mat, 0)
 
# 带控制状态的受控门（control_state=0 表示控制比特为 0 时触发）
qc.cx(0, 1, control_state=0)

from unitarylab.core import Register
from unitarylab.core.classical_register import ClassicalRegister
 
qr = Register('q', 2)
cr = ClassicalRegister('c', 2)
qc = Circuit(qr, cr)
 
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
 
# 将量子比特 0 测量到经典比特 0，量子比特 1 测量到经典比特 1
qc.measure([0, 1], [0, 1])
 
# 也可以单个测量
# qc.measure(0, 0)

result = qc.execute()
 
# 指定后端和设备
result = qc.execute(
    backend='torch',       # 'torch'（默认）或 'numpy'
    device='cpu',          # 'cpu' 或 'gpu'
    dtype=np.complex128    # 精度，默认 complex64
)

# 绘制线路图（弹出 Matplotlib 图窗）
qc.draw()
 
# 保存为文件
qc.draw(filename='circuit.png', title='My Circuit')
 
# 获取线路分析（返回 CircuitInfo 对象）
info = qc.analyze()
info.show()  # 打印门数、深度、层结构等
 
# 计算线路酉矩阵（适用于小线路）
matrix = qc.get_matrix()

qc = Circuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
 
# 复制线路
qc2 = qc.copy()
 
# 反转门顺序（并对每个门取共轭转置），等价于整个线路的 U†
qc_inv = qc.inverse()
qc_dag = qc.dagger()   # inverse() 的别名
 
# 量子比特索引镜像翻转（比特 0 ↔ 比特 n-1）
qc_rev = qc.reverse()
 
# 重复整个线路 3 次
qc_rep = qc.repeat(3)
 
# 展开块门（n=1 展开一层）
qc_dec = qc.decompose(n=1)
 
# 添加控制比特，使整个线路变为受控线路
qc_ctrl = qc.control(num_control_qubits=1)
 
# 追加子线路到当前线路末尾
sub = Circuit(2)
sub.z(0)
qc.append(sub, target=[0, 1])
 
# 前置子线路
qc.prepend(sub, target=[0, 1])
 
# 将目标比特初始化为指定状态向量
import numpy as np
v = np.array([1/np.sqrt(2), 1/np.sqrt(2)])
qc.initialize(v, target=0)

from unitarylab.core import Register
 
qr = Register('q', 3)
 
# 单比特访问
print(qr[0])
 
# 切片访问
print(qr[1:3])
 
# 列表访问
print(qr[[0, 2]])

from unitarylab.core.classical_register import ClassicalRegister
 
cr = ClassicalRegister('c', 2)