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R03.07.01.02 · 任务小类

量子电路设计与仿真

Quantum circuit design & simulation

Build, transpile and simulate quantum circuits to a fidelity or result target.

20 条本项目编写的提案 · 分类 v1.1 · 新增基准运行 0 次。下方验证方式与部分得分规则是设计,不是执行结果。

典型应用
Qiskit · Cirq · IBM Quantum Composer
小类 GUI 需求标签
CL · CLI 足够

任务提案 · 20

展开查看完整原文与建议检查方式;两种界面均保留提案英文原文。

R03.07.01.02-T01 Prepare and verify a Bell state

原始指令

In Qiskit, build a circuit that prepares the Bell state (|00>+|11>)/sqrt(2) from |00>, save the statevector, and also run 4096 shots with measurement. Write the statevector and the measured counts to result.json.

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WP07 · 仿真结果
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提案难度
2 / 5

建议验证方式

Statevector fidelity to the target Bell state >= 0.999; measured counts are ~50/50 between 00 and 11 (TVD to ideal < 0.05) with negligible 01/10. Graded by re-running the saved circuit.

建议部分得分

50% correct statevector; 50% measurement distribution matches

R03.07.01.02-T02 GHZ state on n qubits

原始指令

Write a Qiskit function that builds an n-qubit GHZ state (|0..0>+|1..1>)/sqrt(2) for a given n, and generate the circuit for n=5. Save the statevector and 4096-shot counts for n=5 to result.json.

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提案难度
3 / 5

建议验证方式

n=5 statevector fidelity to GHZ >= 0.999; counts concentrate on 00000 and 11111 (TVD < 0.05); the function generalizes (checked for n=3,4). Graded by re-running the circuit builder.

建议部分得分

40% general builder correct; 30% n=5 statevector; 30% measurement distribution

R03.07.01.02-T03 Prepare a W state

原始指令

Build a circuit preparing the 3-qubit W state (|100>+|010>+|001>)/sqrt(3). Save the statevector and measured counts (4096 shots) to result.json. Use controlled rotations; no post-selection.

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3 / 5

建议验证方式

Statevector fidelity to the W state >= 0.999; counts split ~1/3 each across 100/010/001 (TVD < 0.05), no post-selection. Graded by re-running the circuit.

建议部分得分

60% correct statevector (no post-selection); 40% measurement distribution

R03.07.01.02-T04 Quantum Fourier transform

原始指令

Implement the 4-qubit QFT as a circuit in Qiskit (with the final qubit swaps). Verify it against the exact QFT matrix and output the circuit's unitary and its max elementwise error vs reference to result.json.

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WP07 · 仿真结果
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提案难度
3 / 5

建议验证方式

The circuit's unitary matches the exact 4-qubit QFT (max elementwise error < 1e-6 after accounting for the swaps). Graded by comparing unitaries.

建议部分得分

40% QFT rotations correct; 30% swaps included; 30% unitary matches within tolerance

R03.07.01.02-T05 Grover search for a marked state

原始指令

Given the 3-qubit oracle marking state |101> in fixtures/qc/oracle.py, build Grover's algorithm with the optimal number of iterations, run 4096 shots, and write the counts and the most-probable state to result.json.

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WP07 · 仿真结果
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提案难度
3 / 5

建议验证方式

The marked state 101 is the most frequent outcome with probability >= 0.9; the iteration count matches the optimal for 3 qubits. Graded by re-running the circuit.

建议部分得分

30% oracle+diffuser correct; 30% optimal iterations; 40% marked state dominates

R03.07.01.02-T06 Deutsch-Jozsa classification

原始指令

For each of the two oracles in fixtures/qc/dj_oracles.py (one constant, one balanced over 3 input qubits), build the Deutsch-Jozsa circuit and determine which is which from a single query each. Write the verdicts to result.json.

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WP12 · 答案 / 决策
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提案难度
3 / 5

建议验证方式

Both oracles correctly classified as constant/balanced from the all-zeros measurement outcome (constant => all zeros, balanced => not). Graded by the reported verdicts.

建议部分得分

50% circuit correct; 50% both verdicts correct

R03.07.01.02-T07 Bernstein-Vazirani hidden string

原始指令

The oracle in fixtures/qc/bv_oracle.py encodes a hidden 5-bit string. Build the Bernstein-Vazirani circuit to recover it in one query and write the recovered string to result.json.

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WP12 · 答案 / 决策
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提案难度
2 / 5

建议验证方式

The recovered 5-bit string equals the hidden string the oracle encodes. Graded by the reported string.

建议部分得分

40% circuit correct; 60% exact hidden string recovered

R03.07.01.02-T08 Quantum teleportation fidelity

原始指令

Build a teleportation circuit that transfers an arbitrary single-qubit state (prepared by a given Ry(theta),Rz(phi)) from Alice to Bob using an entangled pair and classical correction. For theta=1.1, phi=0.7, report the fidelity of Bob's output to the input state to result.json.

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WP07 · 仿真结果
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未声明
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4 / 5

建议验证方式

Bob's reduced state has fidelity >= 0.999 to the prepared input for the given angles (and for two spot-check angle pairs); classical corrections applied. Graded by re-simulation.

建议部分得分

30% entanglement+Bell measurement; 30% classical corrections; 40% fidelity >= 0.999

R03.07.01.02-T09 Transpile to a coupling map under CX budget

原始指令

Transpile the circuit in fixtures/qc/circ.qasm to the linear coupling map in fixtures/qc/coupling.json using only {cx, rz, sx, x} basis, minimizing two-qubit gate count. Save the transpiled QASM and report its CX count and depth to result.json.

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WP06 · 代码 / 工程
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未声明
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5 / 5

建议验证方式

The transpiled circuit is equivalent to the original (unitary/statevector match within 1e-6), respects the coupling map and basis, and its CX count and depth are <= the stated budget. Graded by equivalence + topology + gate-count checks.

建议部分得分

30% equivalent circuit; 30% respects coupling+basis; 40% CX count/depth within budget

R03.07.01.02-T10 VQE ground-state energy of H2

原始指令

Using the H2 molecular Hamiltonian in fixtures/qc/h2_hamiltonian.json (qubit operator), run VQE with a hardware-efficient ansatz and a classical optimizer to estimate the ground-state energy at the given bond length. Write the energy and optimal parameters to result.json.

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WP07 · 仿真结果
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long · 长流程
提案难度
5 / 5

建议验证方式

The reported energy is within chemical accuracy (1.6e-3 Hartree) of the exact diagonalization value for the given Hamiltonian. Graded by comparing to the reference eigenvalue.

建议部分得分

30% ansatz+expectation wiring; 30% optimization converges; 40% energy within chemical accuracy

R03.07.01.02-T11 QAOA for max-cut

原始指令

For the 6-node graph in fixtures/qc/maxcut.json, build a depth-p=2 QAOA circuit, optimize the parameters, sample the result, and output the best cut bitstring and its cut value to result.json.

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WP07 · 仿真结果
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long · 长流程
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5 / 5

建议验证方式

The returned cut value equals the graph's maximum cut (verified by brute force on 6 nodes); the bitstring is a valid partition achieving it. Graded by recomputing the cut.

建议部分得分

30% QAOA circuit correct; 30% optimization; 40% max cut achieved

R03.07.01.02-T12 Quantum phase estimation

原始指令

Estimate the phase of the eigenvalue of a given unitary (a Z-rotation by 2*pi*phi, phi=0.375) using 4 counting qubits of QPE. Output the measured phase estimate and its binary readout to result.json.

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4 / 5

建议验证方式

The most-probable readout corresponds to phi=0.375 exactly (0.0110 on 4 bits) with probability >= 0.9. Graded by re-running the QPE circuit.

建议部分得分

30% controlled-unitary powers; 30% inverse QFT; 40% correct phase readout

R03.07.01.02-T13 Simon's algorithm period recovery

原始指令

The oracle in fixtures/qc/simon_oracle.py hides a 3-bit secret s. Build Simon's circuit, collect enough independent measurement outcomes to solve the linear system, and recover s. Write s to result.json.

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3 / 5

建议验证方式

The recovered secret s equals the oracle's hidden string; the solved linear system over GF(2) is consistent with the sampled outcomes. Graded by the reported s.

建议部分得分

40% circuit+sampling; 30% GF(2) solve; 30% correct secret

R03.07.01.02-T14 Noisy circuit error estimate

原始指令

Simulate the GHZ(3) circuit under the depolarizing noise model in fixtures/qc/noise.json (per-gate error rates) for 8192 shots. Report the measured fidelity drop vs the ideal GHZ distribution (TVD) to result.json.

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WP07 · 仿真结果
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提案难度
4 / 5

建议验证方式

The reported TVD between the noisy and ideal distributions matches a reference run with the same noise model within +/-0.02. Graded by re-running with the fixed seed/noise model.

建议部分得分

40% noise model applied correctly; 30% distribution collected; 30% TVD within tolerance

R03.07.01.02-T15 Repetition-code logical error rate with Stim

原始指令

Using Stim, build the distance-5 repetition code memory experiment under the circuit-level depolarizing model in fixtures/qc/stim_params.json, simulate 1e5 shots, decode, and report the logical error rate with a confidence interval to result.json.

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Stim
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建议验证方式

The reported logical error rate falls within the reference confidence interval for the given code distance and error model. Graded by re-running the Stim experiment at the fixed parameters.

建议部分得分

30% correct circuit built; 30% simulation+decoding; 40% logical error rate within CI

R03.07.01.02-T16 Superdense coding

原始指令

Implement superdense coding: encode each of the four 2-bit messages onto one half of a Bell pair and decode to recover the bits. Verify all four messages round-trip and write the per-message decoded bits to result.json.

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3 / 5

建议验证方式

All four 2-bit messages are decoded correctly with probability ~1 (TVD < 0.02 each). Graded by re-running the encode/decode for each message.

建议部分得分

40% Bell pair + encoding gates; 60% all four messages round-trip

R03.07.01.02-T17 Pauli observable expectation

原始指令

For the state prepared by fixtures/qc/prep.py, estimate <Z0 Z1> and <X0 X1> by appropriate basis changes and 8192-shot measurement. Write both expectation values to result.json.

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3 / 5

建议验证方式

Both estimated expectations are within +/-0.03 of the exact values for the prepared state. Graded by comparing to the analytic expectations.

建议部分得分

50% correct basis rotations; 50% both expectations within tolerance

R03.07.01.02-T18 Optimize a parameterized ansatz to a target

原始指令

Given the target 2-qubit state in fixtures/qc/target.json, build a parameterized ansatz (Ry/CNOT layers) and optimize its parameters to maximize fidelity to the target. Write the final parameters and achieved fidelity to result.json.

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4 / 5

建议验证方式

The optimized circuit reaches fidelity >= 0.99 to the target state (verified by re-preparing with the saved parameters). Graded by statevector fidelity.

建议部分得分

40% ansatz+cost wiring; 30% optimization runs; 30% fidelity >= 0.99

R03.07.01.02-T19 Build a Bell/GHZ circuit in IBM Quantum Composer (control pair of T01)

原始指令

Control pair of T01/T02: in the IBM Quantum Composer web GUI, drag gates to build first a Bell state then extend it to a 3-qubit GHZ state, add measurements, and read the probability histogram from the built-in statevector/probabilities view. Export the circuit as QASM.

平台
web · 任意系统(网页)
应用
IBM Quantum Composer
交互表面
brow · 浏览器
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G2 · GUI 必要
GUI 需求 · 普通权限
G2 · GUI 必要
交互原语
drag · 拖放 click · 指向与点击 vis · 视觉判断
工作产物
WP06 · 代码 / 工程
条件
tutorial · 阅读文档 / 教程
提案难度
2 / 5

建议验证方式

The exported QASM, when simulated, yields the GHZ(3) distribution (TVD < 0.05 to ideal) and the Composer's own probability view shows the 000/111 peaks. Graded on the exported circuit; contrasts with the code-built circuit of T01/T02. No IBM Quantum API token is issued and the VM has no Qiskit or terminal, so the circuit can only be built and exported in the Composer web session.

建议部分得分

40% Bell built visually; 40% extended to GHZ(3); 20% exported QASM correct

R03.07.01.02-T20 Quantum counting via amplitude estimation

原始指令

For the oracle in fixtures/qc/count_oracle.py over 4 qubits marking an unknown number M of states, use quantum counting (QPE on the Grover operator) with 4 counting qubits to estimate M. Write the estimate and the derived angle to result.json.

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5 / 5

建议验证方式

The estimated number of marked states M equals the oracle's true count (rounded from the measured phase) and the derived angle matches within tolerance. Graded by comparing to the true M.

建议部分得分

30% Grover operator correct; 30% QPE counting; 40% correct M estimate

已有研究映射

以下沿用研究目录中的基准与小类映射,不是逐题标注、执行记录或产品背书。

同工作流族的小类