paddle_quantum.linalg.rst

paddle\_quantum.linalg
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量桨中的线性代数的功能实现。

.. py:function:: abs_norm(mat)

   计算矩阵范数

   :param mat: 矩阵
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor, State]

   :return: 范数
   :rtype: float

.. py:function:: dagger(mat)

   计算矩阵的转置共轭

   :param mat: 矩阵
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

   :return: 矩阵的转置共轭
   :rtype: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

.. py:function:: is_hermitian(mat, eps=1e-6)

   验证矩阵 ``P`` 是否为厄密矩阵

   :param mat: 厄密矩阵
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param eps: 容错率
   :type eps: float, optional

   :return: 决定是否 :math:`P - P^\dagger = 0`
   :rtype: bool

.. py:function:: is_positive(mat, eps=1e-6)

   验证矩阵 ``P`` 是否为半正定矩阵
   
   :param mat: 半正定矩阵
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param eps: 容错率
   :type eps: float, optional

   :return: 决定是否 :math:`P` 为厄密矩阵且本征值均为非负实数
   :rtype: bool

.. py:function:: is_state_vector(vec, eps=1e-6)

   验证 ``vec`` 是否为合法的态向量

   :param vec: 候选态向量
   :type vec: Union[np.ndarray,paddle.Tensor]
   :param eps: 容错率，默认为 ``None`` i.e. 不做判定
   :type eps: float, optional
   
   :return: 判断候选态向量是否归一，返回量子比特数量或错误信息
   :rtype: Tuple[bool,int]

   .. note:: 
      
      错误信息为 ``-1`` 时，候选量子态未归一；错误信息为 ``-2`` 时，候选量子态维度不是2的整数次方；错误信息为 ``-3`` 时， ``vec`` 不是向量。

.. py:function:: is_density_matrix(rho, eps=None)

   验证 ``rho`` 是否为合法的密度矩阵

   :param rho: 候选密度矩阵
   :type rho: Union[np.ndarray,paddle.Tensor]
   :param eps: 容错率，默认为 ``None`` i.e. 不做判定
   :type eps: float, optional

   :return: 判断候选密度矩阵是否为迹数为1的半正定矩阵，返回量子比特数量或错误信息
   :rtype: Tuple[bool,int]

   .. note:: 
      
      错误信息为 ``-1`` 时，候选密度矩阵不是半正定矩阵；错误信息为 ``-2`` 时，候选密度矩阵迹数不为1；错误信息为 ``-3`` 时，候选密度矩阵维度不是2的整数次方；错误信息为 ``-4`` 时， ``rho`` 不是方阵。
   

.. py:function:: is_projector(mat, eps=1e-6)

   验证矩阵 ``P`` 是否为映射算子

   :param mat: 映射算子
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param eps: 容错率
   :type eps: float, optional

   :return: 决定是否 :math:`PP - P = 0`
   :rtype: bool

.. py:function:: is_unitary(mat, eps=1e-5)

   验证矩阵 ``P`` 是否为酉矩阵

   :param mat: 酉矩阵
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param eps: 容错率
   :type eps: float, optional

   :return: 决定是否 :math:`PP^\dagger - I = 0`
   :rtype: bool

.. py:function:: hermitian_random(num_qubits)

   随机生成一个厄密矩阵

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int

   :return: 一个 :math:`2^n \times 2^n` 厄密矩阵 (n 为量子比特数) 
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function:: orthogonal_projection_random(num_qubits)

   随机生成一个秩是 1 的正交投影算子

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int

   :return: 一个 :math:`2^n \times 2^n` 正交投影算子 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function:: density_matrix_random(num_qubits)

   随机生成一个密度矩阵

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int

   :return: 一个 :math:`2^n \times 2^n` 密度矩阵 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function:: unitary_random(num_qubits)

   随机生成一个酉矩阵

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int

   :return: 一个 :math:`2^n \times 2^n` 酉矩阵 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function:: unitary_hermitian_random(num_qubits)

   随机生成一个厄密酉矩阵

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int

   :return: 一个 :math:`2^n \times 2^n` 厄密共轭酉矩阵 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function:: unitary_random_with_hermitian_block(num_qubits, is_unitary)

   随机生成一个左上半部分为厄密矩阵的酉矩阵

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int
   :param is_unitary: 厄密矩阵块是否是酉矩阵的 1/2
   :type is_unitary: bool, optional

   :return:  一个左上半部分为厄密矩阵的 :math:`2^n \times 2^n` 酉矩阵 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function:: block_enc_herm(mat, num_block_qubits)
   
   生成厄密矩阵的分组编码

   :param mat: 用于分组编码的矩阵
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param num_block_qubits: 用于分组编码的辅助量子比特数
   :type num_block_qubits: int, optional

   :return: 返回分组编码后的酉矩阵
   :rtype: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

.. py:function:: haar_orthogonal(num_qubits)

   生成一个服从 Haar random 的正交矩阵。采样算法参考文献: arXiv:math-ph/0609050v2

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int

   :return:  一个 :math:`2^n \times 2^n` 正交矩阵 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function::  haar_unitary(num_qubits)

   生成一个服从 Haar random 的酉矩阵。采样算法参考文献: arXiv:math-ph/0609050v2

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int

   :return:  一个 :math:`2^n \times 2^n` 酉矩阵 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function::  haar_state_vector(num_qubits, is_real=False)

   生成一个服从 Haar random 的态矢量。采样算法参考文献: arXiv:math-ph/0609050v2

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int
   :param is_real: 生成的态矢量是否为实数
   :type is_real: bool, optional

   :return:  一个 :math:`2^n \times 1` 态矢量 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function::  haar_density_operator(num_qubits, rank=None, is_real=False)

   生成一个服从 Haar random 的密度矩阵

   :param num_qubits: 量子比特数 n
   :type num_qubits: int
   :param rank: 矩阵秩, 默认满秩
   :type rank: int, optional
   :param is_real: 生成的态矢量是否为实数
   :type is_real: bool, optional

   :return:  一个 :math:`2^n \times 2^n` 密度矩阵 (n 为量子比特数)
   :rtype: paddle.Tensor


.. py:function:: direct_sum(A,B)
   
   计算A和B的直和

   :param A: :math:`m \times n` 的矩阵
   :type A: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param B: :math:`p \times q` 的矩阵
   :type B: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

   :return: A和B的直和，维度为 :math:`(m + p) \times (n + q)`
   :rtype: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

.. py:function::  NKron(matrix_A, matrix_B, *args)

   计算两个及以上的矩阵的克罗内克乘积

   :param matrix_A: 矩阵
   :type matrix_A: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param matrix_B: 矩阵
   :type matrix_B: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param \*args: 更多矩阵
   :type \*args: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

   .. code-block:: python

      from paddle_quantum.state import density_op_random
      from paddle_quantum.linalg import NKron
      A = density_op_random(2)
      B = density_op_random(2)
      C = density_op_random(2)
      result = NKron(A, B, C)

   .. note::
      上述代码块的 ``result`` 应为 :math:`A \otimes B \otimes C`
   
   :return:  克罗内克乘积
   :rtype: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

.. py:function:: herm_transform(fcn, mat, ignore_zero)
   
   厄密矩阵的函数变换

   :param fcn: 可以展开成泰勒级数的函数 `f`
   :type fcn: Callable[[float], float]
   :param mat: 厄密矩阵 :math:`H`
   :type mat: Union[paddle.Tensor, np.ndarray, State]
   :param ignore_zero: 是否忽略特征值0所在的特征空间，默认为 ``False`` 
   :type ignore_zero: bool, optional

   :return: :math:`f(H)`
   :rtype: paddle.Tensor

.. py:function:: pauli_basis_generation(num_qubits)

   生成一组泡利基

   :param num_qubits: 量子比特数 :math:`n`
   :type num_qubits: int

   :return: 空间 :math:`\mathbb{C}^{2^n \times 2^n}` 上的泡利基
   :rtype: List[paddle.Tensor]

.. py:function:: pauli_decomposition(mat)

   目标矩阵在泡利基下的分解

   :param mat: 目标矩阵
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

   :return: 泡利基的系数列表
   :rtype: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]

.. py:function:: subsystem_decomposition(mat, first_basis, second_basis, inner_prod)

   目标矩阵在两个子系统中给定两个基上的分解

   :param mat: 目标矩阵 :math:`w`
   :type mat: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]
   :param first_basis: 第一个空间上的基 :math:`\{e_i\}_i`
   :type first_basis: Union[List[np.ndarray], List[paddle.Tensor]]
   :param second_basis: 第二个空间上的基 :math:`\{f_j\}_j`
   :type second_basis: Union[List[np.ndarray], List[paddle.Tensor]]
   :param inner_prod: 两个空间上的内积
   :type inner_prod: Union[Callable[[np.ndarray, np.ndarray], np.ndarray], Callable[[paddle.Tensor, paddle.Tensor], paddle.Tensor]]
   
   :return: 系数矩阵 :math:`[\beta_{ij}]` 满足 :math:`w = \sum_{i, j} \beta_{ij} e_i \otimes f_j`
   :rtype: Union[np.ndarray, paddle.Tensor]