Qsphere — Durumu küresel geometriye taşımak

Qiskit’te plot_state_qsphere, kuantum durumunu (çoğunlukla saf Statevector, uygun boyutta DensityMatrix) küresel bir sahne üzerinde temsil eder: her hesaplamalı taban bileşeninin genliği görünür bir “ağırlık” olarak kodlanır; faz seçenekleri açıkça açıldığında renk veya ek işaretlerle desteklenir. Bu görünüm, mimariyi yazılım üzerinden insan tarafından taranabilir kılar; fakat yine de klasik piksel tabanlı bir özet üretir.

Durum nesnesinin cebiri durum vektörü ve yoğunluk matrisi sayfalarında desteklenir; bu sayfa küre projeksiyonunun matematiksel türetimini vermez.

Ölçüm sonuçlarının frekans dağılımı histogram konusunda; qsphere ölçümden önce veya simüle edilmiş tam durum üzerinde anlamlıdır.

Ne vaat edilmez

Donanımdan tek seferde tam genlik–faz okuma; qsphere yalnızca zaten üretilmiş durum nesnesinin çizimidir.

“Küre üzerinde iki nokta yakın” yorumu, seçilen projeksiyon ve ölçekten etkilenir; nicel karşılaştırma için vektör iç çarpımı veya sadakat gibi sayısal ölçütler ayrı tutulmalıdır.

Okuma disiplini şudur: önce hangi bazda çizildiğini ve kübit endian sözleşmesini not edin; ardından her taban etiketinin görsel ağırlığını genlik ile ilişkilendirin. show_state_phases=True seçildiğinde faz, renk veya ek kanalla kodlanır; bu kanal erişilebilirlik açısından tek başına yeterli olmayabilir.

show_state_labels açıkken etiketler, hangi tabanın hangi noktaya denk geldiğini hatırlatır; slayt ve poster çıktılarında küçük yazı boyutu okunabilirliği düşürür.

use_degrees=True, faz gösteriminde derece birimi kullanılmasını sağlar; raporda radyan mı derece mi kullanıldığı yazılmalıdır.

Ölçek ve figür boyutu

figsize ve çıktı dpi, çok kübitli durumlarda üst üste binen etiketleri azaltmak için kritiktir.

filename=… ile doğrudan dosyaya yazmak, not defteri döngülerinde bellek piklerini yumuşatır.

State city ve Hinton, yoğunluk veya vektörün matris düzleminde ayrıntılı görünümünü verir; küçük çapraz terimler ve işaret desenleri burada daha doğrudan seçilir. Qsphere ise aynı bilgiyi küresel geometri üzerinde “hangi yönler canlı?” sorusuna cevap arayan bir okuyucuya yönelik özetler.

Tek kübitlik Bloch küresi görselleştirmesi, çok kübitli durumun tamamını tek bir vektör olarak temsil etmez; qsphere çok tabanlı genlikleri aynı sahnede gösterir. Bu ayrım, eğitimde sık karıştırılır ve dokümanda özellikle belirtilmelidir.

LaTeX dizimi ile bra-ket ve matris yayını, yayın kalitesinde hâlâ baskındır; qsphere ara çıktı veya sunum katmanıdır.

Devre ve zaman çizelgesi

Kapı sırası ve zamanlama hibrit devre çizimi ve zaman çizelgesi görünümlerinde kalır; qsphere bunların yerine geçmez.

Qsphere, seçilen hesaplamalı bazdaki indekslere bağlıdır; kübit sırası ve endian sözleşmesi state city sayfasındaki uyarılarla uyumludur. Transpile edilmiş “native” devreden üretilen durum, mantıksal devreden farklı küresel desen verebilir; görsel başlıkta backend veya “logical / native” etiketi önerilir.

Simüle edilmiş durum üretimi Statevector simülasyonu ile ilişkilidir.

Karışık durumlar için DensityMatrix kullanımı mümkündür; boyut büyüdükçe hem hesaplama hem görsel karmaşıklık artar.

Kısmi bilgi

Alt sistemin yoğunluğu ana nesneden türetilir; yanlış iz sırası yanlış küresel desene yol açar.

Qsphere; Bell ve GHZ gibi süperpozisyon desenlerinin sezgisel anlatımı, ders slaytlarında “tek bakışta hangi tabanlar güçlü?” taraması ve ekip içi hızlı gözden geçirme için uygundur. Çok yüksek kübit sayısında etiket ve nokta yoğunluğu okunabilirliği düşürür; bu durumda matris tabanlı özet veya seyrek gösterim düşünülmelidir.

Ölçüm sonrası klasik dağılımı anlatmak için histogram doğrudur.

Donanım bağlantısı görünümü kuplaj haritası ile tamamlanır; qsphere topoloji çizmiyor, yalnızca durum nesnesini sahnelemektedir.

Arşiv disiplini

Aynı deneyde qsphere, city ve Hinton birlikte üretilebilir; dosya adlarına qsphere, city, hinton sonekleri eklenmeli ve meta veride hangi Statevector kaynağının kullanıldığı yazılmalıdır.

İlkel iş akışları disiplini, görsel çıktıyı da deney kimliği ve kod sürümüyle arşivlemeyi önerir.

Tam durum görselleştirmesi, pratikte klasik simülatör veya analitik hesap çıktısından beslenir; QPU’dan tek hamlede Statevector okunmadığı sürece yazılım kontrolü simülatör katmanında gerçekleşir. Bu sınır, mimari güvenlik ve veri sınıflandırması için önemlidir: qsphere bir gözlem aracıdır, donanım telemetrisi değildir.

Matplotlib arka ucu ( Agg) sunucu ve CI ortamlarında kararlıdır; etkileşimli arka uçlar yerel geliştirici makinesine özgü olabilir.

Qiskit sürümü güncellendikçe varsayılan renk, etiket ve projeksiyon davranışı değişebilir; regresyon testinde görsel hash yerine yapılandırılmış meta veri tercih edilebilir.

Erişilebilirlik

Faz için yalnızca renk kullanımı, renk körlüğü ve düşük kontrastta yetersiz kalabilir; tablo halinde kompleks genlikler veya açı listesi ek kanal olarak sunulmalıdır.

Aşağıdaki örnek, ideal Bell durumu için plot_state_qsphere çağrısı yapar ve PNG yazar. Matplotlib Agg arka ucu başsız ortamlar için sabitlenmiştir.

Matplotlib: Bell qsphere

import matplotlib

matplotlib.use("Agg")
import matplotlib.pyplot as plt
from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.quantum_info import Statevector
from qiskit.visualization import plot_state_qsphere

qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)

fig = plot_state_qsphere(
    Statevector(qc),
    figsize=(6.0, 6.0),
    show_state_labels=True,
    show_state_phases=True,
    use_degrees=True,
)
fig.savefig("state_qsphere_bell.png", dpi=130, bbox_inches="tight")
plt.close(fig)
print("Yazıldı: state_qsphere_bell.png")

DensityMatrix (yorum)

Aşağıdaki satırlar bilinçli olarak yorumdadır.

# from qiskit.quantum_info import DensityMatrix
# rho = DensityMatrix(noisy_circuit_or_channel)
# fig = plot_state_qsphere(rho, figsize=(6, 6), show_state_phases=True)
# fig.savefig("state_qsphere_noisy.png", dpi=130, bbox_inches="tight")

Qsphere; hesaplamalı bazdaki genliklerin küresel sahnelenmesi ve isteğe bağlı faz vurgusudur. State city ve Hinton ile aynı veriyi farklı geometride okutur; histogram ve kuplaj haritası ile veri kaynağı olarak birleştirilmemelidir.

Güncel imza ve parametreler IBM API belgelerinde tutulur; erişilebilirlik için renk ve tablo kanalı ayrı planlanmalıdır.

• State city — Re/Im şehir görünümü.
• Hinton diyagramı — matris kare dili.
• IBM Quantum: Kuantum durumlarını çizme.
• IBM Quantum API: plot_state_qsphere.