架构

架构#

FlagQuantum 由以下模块组成：

flagquantum/
├── devices/          # 量子设备实现
├── drawer/           # 量子电路可视化
├── ops/              # 量子操作（门、矩阵、算符）
├── encoding/         # 数据编码方法
├── measure/          # 测量工具
└── utils/            # 辅助函数（DTensor、交换）

核心组件#

设备 (Devices)#

devices 模块提供量子设备实现，包括 DistributedQuantumDevice 类，该类使用 PyTorch 的分布式张量 (DTensor) 跨多个 GPU 管理量子态。

绘图器 (Drawer)#

绘图器模块支持两种模式的电路可视化：

  • 文本模式：基于 Unicode 的图表，支持多量子比特门符号（╭╰├│）、自动换行（max_length）和可配置的参数精度。

  • MPL 模式：出版级质量的 Matplotlib 图形，采用基于层的布局（同列门共享 x 坐标）、初始状态（|0⟩）、测量符号以及专业的配色方案：

    • 固定门（H、X、Y、Z）：柔蓝色 #7B9EC2

    • 旋转门（RX、RY、RZ）：红色 #E15759

    • 相位门（P）：梅紫色 #DDA0DD

    • CPhase / SWAP：青色 #76B7B2

    • CRX/CRY/CRZ：橙色 #F28E2B

    • RXX/RYY/RZZ：浅粉色 #FFB6C1（盒式布局，无控制点）

    • 支持 Toffoli（CCX）、Fredkin（CSWAP）、多量子比特门

操作 (Operations)#

ops 模块包含所有量子门实现：

  • 泡利门：X、Y、Z

  • 克利福德门：H、S、SDG、CX、CZ、SWAP

  • 旋转门：RX、RY、RZ，支持参数化

  • 受控门：任意单量子比特门的受控版本

  • 自定义门：通过门注册系统注册的用户定义门

编码 (Encoding)#

encoding 模块提供了将经典数据嵌入量子态的方法：

  • 角度编码：将经典特征映射到旋转角度

  • 振幅编码：将数据直接编码到状态向量振幅中

  • 基态编码：将二进制数据映射到计算基态

  • 通用编码器：用户定义的自定义编码电路

测量 (Measurement)#

measure 模块提供测量工具，包括：

  • Z 基测量：标准计算基测量

  • 期望值：计算可观测量的期望值

  • 后选择：根据条件筛选测量结果

工具 (Utilities)#

utils 模块包含以下辅助函数：

  • DTensor 操作和分片

  • 设备间状态交换

  • 设备管理和配置

  • OpenQASM 2.0/3.0 导出器