Skip to content

Instantly share code, notes, and snippets.

@csferrie

csferrie/hello-quantum-worlds.ipynb

Created August 6, 2020 08:04
Show Gist options
  • Save csferrie/f465690c4f4ae3daa37c7ac94abb52ff to your computer and use it in GitHub Desktop.
Save csferrie/f465690c4f4ae3daa37c7ac94abb52ff to your computer and use it in GitHub Desktop.
Download ZIP
Hello Quantum Worlds.ipynb
Display the source blob
Display the rendered blob
Raw
hello-quantum-worlds.ipynb
{
"nbformat": 4,
"nbformat_minor": 0,
"metadata": {
"colab": {
"name": "Hello Quantum Worlds.ipynb",
"provenance": [],
"collapsed_sections": [],
"authorship_tag": "ABX9TyMnpyDuneioaHA76kePa1yX",
"include_colab_link": true
},
"kernelspec": {
"name": "python3",
"display_name": "Python 3"
}
},
"cells": [
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"id": "view-in-github",
"colab_type": "text"
},
"source": [
"<a href=\"https://colab.research.google.com/gist/csferrie/f465690c4f4ae3daa37c7ac94abb52ff/hello-quantum-worlds.ipynb\" target=\"_parent\"><img src=\"https://colab.research.google.com/assets/colab-badge.svg\" alt=\"Open In Colab\"/></a>"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"id": "xV7VUIMwH2IT",
"colab_type": "text"
},
"source": [
"# Hello Quantum Worlds!\n",
"\n",
"This exercise is part of [Lab 1](https://medium.com/@csferrie/hello-quantum-worlds-39b000fdf9b3) of [Introduction to Quantum Computing](https://medium.com/@csferrie/introduction-to-quantum-computing-df9e1182a831).\n",
"\n",
"In this notebook, you'll be introduced to several quantum programming environments. In each one, you will create a qubit and place it in *superposition* using the \"Hadamard\" gate. This is the most primitive quantum computation, and it is one we will use over and over again."
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"id": "zp0yynx1I9Jl",
"colab_type": "text"
},
"source": [
"# Cirq\n",
"\n",
"Since we are using Google Colab, it is only fair that we start with the Google quantum language Cirq. \n",
"\n",
"You can read the documentation for Cirq here: https://cirq.readthedocs.io/en/stable/index.html."
]
},
{
"cell_type": "code",
"metadata": {
"id": "MFG2OUCoyJY1",
"colab_type": "code",
"colab": {
"base_uri": "https://localhost:8080/",
"height": 34
},
"outputId": "a3a7bc6a-452a-40fd-ed40-83deb2d27901"
},
"source": [
"# install cirq\n",
"!pip install cirq --quiet"
],
"execution_count": null,
"outputs": [
{
"output_type": "stream",
"text": [
"\u001b[?25l\r\u001b[K |▎ | 10kB 17.6MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |▌ | 20kB 2.2MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |▊ | 30kB 2.8MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█ | 40kB 3.0MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█▏ | 51kB 2.5MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█▍ | 61kB 2.8MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█▋ | 71kB 3.0MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██ | 81kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██▏ | 92kB 3.5MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██▍ | 102kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██▋ | 112kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██▉ | 122kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███ | 133kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███▎ | 143kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███▌ | 153kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███▉ | 163kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████ | 174kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████▎ | 184kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████▌ | 194kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████▊ | 204kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████ | 215kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████▏ | 225kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████▍ | 235kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████▊ | 245kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████ | 256kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████▏ | 266kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████▍ | 276kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████▋ | 286kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████▉ | 296kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████ | 307kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████▍ | 317kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████▋ | 327kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████▉ | 337kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████ | 348kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████▎ | 358kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████▌ | 368kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████▊ | 378kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████ | 389kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████▎ | 399kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████▌ | 409kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████▊ | 419kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████ | 430kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████▏ | 440kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████▍ | 450kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████▋ | 460kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████▉ | 471kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████▏ | 481kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████▍ | 491kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████▋ | 501kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████▉ | 512kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████ | 522kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████▎ | 532kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████▌ | 542kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████▉ | 552kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████ | 563kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████▎ | 573kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████▌ | 583kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████▊ | 593kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████ | 604kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████▏ | 614kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████▍ | 624kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████▊ | 634kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████ | 645kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████▏ | 655kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████▍ | 665kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████▋ | 675kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████▉ | 686kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████ | 696kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████▎ | 706kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████▋ | 716kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████▉ | 727kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████ | 737kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████▎ | 747kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████▌ | 757kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████▊ | 768kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████ | 778kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████▏ | 788kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████▌ | 798kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████▊ | 808kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████ | 819kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████▏ | 829kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████▍ | 839kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████▋ | 849kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████▉ | 860kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████▏ | 870kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████▍ | 880kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████▋ | 890kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████▉ | 901kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████ | 911kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████▎ | 921kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████▌ | 931kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████▊ | 942kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████ | 952kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████▎ | 962kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████▌ | 972kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████▊ | 983kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████ | 993kB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████▏ | 1.0MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████▍ | 1.0MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████▋ | 1.0MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████ | 1.0MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████▏ | 1.0MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████▍ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████▋ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████▉ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████████ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████████▎ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████████▋ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████████▉ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████████ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████████▎ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████████▌ | 1.1MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████████▊ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████████ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████████▏ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████████▌ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████████▊ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████████ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████████▏ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████████▍ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████████▋ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████████▉ | 1.2MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████████████ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████████████▍ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████████████▋ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |█████████████████████████████▉ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████████████ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████████████▎ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████████████▌ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |██████████████████████████████▊ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████████████ | 1.3MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████████████▎| 1.4MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████████████▌| 1.4MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |███████████████████████████████▊| 1.4MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████████████| 1.4MB 3.4MB/s eta 0:00:01\r\u001b[K |████████████████████████████████| 1.4MB 3.4MB/s \n",
"\u001b[?25h"
],
"name": "stdout"
}
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"id": "M7uLB5v1JtHm",
"colab_type": "text"
},
"source": [
"There are many ways to acheive the given task in Cirq, but we will use the simplest. "
]
},
{
"cell_type": "code",
"metadata": {
"id": "lCK97MrEWMjn",
"colab_type": "code",
"colab": {
"base_uri": "https://localhost:8080/",
"height": 85
},
"outputId": "72879d2e-340c-4c87-ad1a-0c26081df409"
},
"source": [
"import cirq\n",
"\n",
"my_first_qubit = cirq.NamedQubit('qubie')\n",
"\n",
"superposition = cirq.H(my_first_qubit)\n",
"\n",
"my_circuit = cirq.Circuit()\n",
"\n",
"my_circuit.append(superposition)\n",
"\n",
"simulator = cirq.Simulator()\n",
"results = simulator.simulate(my_circuit)\n",
"\n",
"print('Me: Hello Quantum World!')\n",
"print('Quantum computer: ')\n",
"print(results.state_vector())\n"
],
"execution_count": null,
"outputs": [
{
"output_type": "stream",
"text": [
"Me: Hello Quantum World!\n",
"Quantum computer: \n",
"[0.70710677+0.j 0.70710677+0.j]\n",
"\n"
],
"name": "stdout"
}
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"id": "NZzbwcRBXy8h",
"colab_type": "text"
},
"source": [
"# Qiskit\n",
"\n",
"Qiskit is another Python based quantum programming language. You can find the documentation for Qiskit here: https://qiskit.org/documentation/."
]
},
{
"cell_type": "code",
"metadata": {
"id": "u-QBwkUVyNtU",
"colab_type": "code",
"colab": {
"base_uri": "https://localhost:8080/",
"height": 340
},
"outputId": "58b7d0dd-bfbe-4c40-bb2d-9f0ed46c608d"
},
"source": [
"# install qiskit\n",
"!pip install qiskit --quiet"
],
"execution_count": null,
"outputs": [
{
"output_type": "stream",
"text": [
"\u001b[K |████████████████████████████████| 6.7MB 3.1MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 23.3MB 166kB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 163kB 34.5MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 184kB 31.6MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 1.9MB 33.1MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 51kB 6.1MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 962kB 36.0MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 5.8MB 39.0MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 51kB 5.9MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 296kB 42.5MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 71kB 8.2MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 26.0MB 1.6MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 583kB 41.0MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 2.7MB 40.1MB/s \n",
"\u001b[?25h Building wheel for qiskit (setup.py) ... \u001b[?25l\u001b[?25hdone\n",
" Building wheel for marshmallow-polyfield (setup.py) ... \u001b[?25l\u001b[?25hdone\n",
" Building wheel for python-constraint (setup.py) ... \u001b[?25l\u001b[?25hdone\n",
" Building wheel for docplex (setup.py) ... \u001b[?25l\u001b[?25hdone\n",
" Building wheel for dlx (setup.py) ... \u001b[?25l\u001b[?25hdone\n"
],
"name": "stdout"
}
]
},
{
"cell_type": "code",
"metadata": {
"id": "VI6SUnX6yo_a",
"colab_type": "code",
"colab": {
"base_uri": "https://localhost:8080/",
"height": 68
},
"outputId": "96615e9a-b1e5-48d3-ff4f-15e1ece12cc7"
},
"source": [
"import qiskit\n",
"\n",
"my_first_qubit = qiskit.QuantumRegister(1)\n",
"\n",
"my_circuit = qiskit.QuantumCircuit(my_first_qubit)\n",
"\n",
"my_circuit.h(0)\n",
"\n",
"simulator = qiskit.Aer.get_backend('statevector_simulator')\n",
"\n",
"job = qiskit.execute(my_circuit, simulator)\n",
"\n",
"results = job.result()\n",
"\n",
"print('Me: Hello Quantum World!')\n",
"print('Quantum computer: ')\n",
"print(results.get_statevector(my_circuit))"
],
"execution_count": null,
"outputs": [
{
"output_type": "stream",
"text": [
"Me: Hello Quantum World!\n",
"Quantum computer: \n",
"[0.70710678+0.j 0.70710678+0.j]\n"
],
"name": "stdout"
}
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"id": "TIlzUVBd2XyP",
"colab_type": "text"
},
"source": [
"# ProjectQ\n",
"\n",
"Last, but not least, is ProjectQ. The documentation for it is here: https://projectq.readthedocs.io/en/latest/index.html."
]
},
{
"cell_type": "code",
"metadata": {
"id": "uMSG0Dxg01oB",
"colab_type": "code",
"colab": {
"base_uri": "https://localhost:8080/",
"height": 102
},
"outputId": "a56e34fd-be7d-4bb8-91b0-a027eb00e8c3"
},
"source": [
"# install ProjectQ\n",
"!pip install projectq --quiet"
],
"execution_count": null,
"outputs": [
{
"output_type": "stream",
"text": [
"\u001b[K |████████████████████████████████| 235kB 2.8MB/s \n",
"\u001b[K |████████████████████████████████| 296kB 8.6MB/s \n",
"\u001b[?25h Building wheel for projectq (setup.py) ... \u001b[?25lerror\n",
"\u001b[31m ERROR: Failed building wheel for projectq\u001b[0m\n",
"\u001b[?25h Running setup.py install for projectq ... \u001b[?25l\u001b[?25hdone\n"
],
"name": "stdout"
}
]
},
{
"cell_type": "code",
"metadata": {
"id": "GRTPXPnK2FoX",
"colab_type": "code",
"colab": {
"base_uri": "https://localhost:8080/",
"height": 68
},
"outputId": "291b2966-7fa8-4322-c37a-6eae2d9d58c8"
},
"source": [
"import projectq\n",
"\n",
"simulator = projectq.MainEngine() \n",
"\n",
"my_first_qubit = simulator.allocate_qubit()\n",
"\n",
"projectq.ops.H | my_first_qubit\n",
"\n",
"simulator.flush()\n",
"\n",
"print('Me: Hello Quantum World!')\n",
"print('Quantum computer: ')\n",
"print(simulator.backend.cheat())"
],
"execution_count": null,
"outputs": [
{
"output_type": "stream",
"text": [
"Me: Hello Quantum World!\n",
"Quantum computer: \n",
"({0: 0}, [(0.7071067811865475+0j), (0.7071067811865475+0j)])\n"
],
"name": "stdout"
}
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"id": "D5bIzIoj_0KK",
"colab_type": "text"
},
"source": [
"# More!\n",
"\n",
"There are of course many more [quantum software development kits](https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_programming#Quantum_software_development_kits) available. Most are free. A couple I'd like to highlight, which we didn't look at here since they don't play nice with Google Colab, are [Microsoft's QDK](https://docs.microsoft.com/en-us/quantum/?view=qsharp-preview/) and [Rigetti's Forest](http://docs.rigetti.com/en/stable/)."
]
}
]
}
Sign up for free to join this conversation on GitHub. Already have an account? Sign in to comment