Алгоритм Бернштейна–Вазирани

2025-09-30 18:50:00 +03:00
parent ac2f465ae2
commit b85f09e680
1 changed files with 91 additions and 0 deletions
--- a/task4/main.py
+++ b/task4/main.py
@@ -0,0 +1,91 @@
+"""Алгоритм Бернштейна–Вазирани в Cirq."""
+
+import random
+
+import cirq
+
+
+def main():
+    """Выполняет алгоритм BV."""
+    # Количество кубитов
+    qubit_count = 8
+    # Количество выборок из схемы
+    circuit_sample_count = 3
+
+    # Выберите кубиты для использования
+    input_qubits = [cirq.GridQubit(i, 0) for i in range(qubit_count)]
+    output_qubit = cirq.GridQubit(qubit_count, 0)
+
+    # Выберите коэффициенты для оракула и создайте схему для его запроса
+    secret_bias_bit = random.randint(0, 1)
+    secret_factor_bits = [random.randint(0, 1) for _ in range(qubit_count)]
+
+    oracle = make_oracle(
+        input_qubits, output_qubit, secret_factor_bits, secret_bias_bit
+    )
+
+    print(
+        "Secret function:\nf(x) = x*<{}> + {} (mod 2)".format(
+            ", ".join(str(e) for e in secret_factor_bits), secret_bias_bit
+        )
+    )
+
+    # Встраиваем оракул в специальную квантовую схему, запрашивая ее ровно один раз
+    circuit = make_bernstein_vazirani_circuit(input_qubits, output_qubit, oracle)
+    print("\nCircuit:")
+    print(circuit)
+
+    # Выберем из схемы пару раз
+    simulator = cirq.Simulator()
+    result = simulator.run(circuit, repetitions=circuit_sample_count)
+    frequencies = result.histogram(key="result", fold_func=bitstring)
+    print("\nSampled results:\n{}".format(frequencies))
+
+    # Проверить, действительно ли мы нашли секретное значение
+    most_common_bitstring = frequencies.most_common(1)[0][0]
+    print(
+        "\nMost common matches secret factors:\n{}".format(
+            most_common_bitstring == bitstring(secret_factor_bits)
+        )
+    )
+
+
+def make_oracle(input_qubits, output_qubit, secret_factor_bits, secret_bias_bit):
+    """Вентили, реализующие функцию f(a) = a*factors + bias (mod 2)."""
+    if secret_bias_bit:
+        yield cirq.X(output_qubit)
+
+    for qubit, bit in zip(input_qubits, secret_factor_bits):
+        if bit:
+            yield cirq.CNOT(qubit, output_qubit)
+
+
+def make_bernstein_vazirani_circuit(input_qubits, output_qubit, oracle):
+    """Находит множители в f (a) = a * factors + bias (mod 2) с помощью одного запроса."""
+    c = cirq.Circuit()
+
+    # Инициализировать кубиты
+    c.append(
+        [
+            cirq.X(output_qubit),
+            cirq.H(output_qubit),
+            cirq.H.on_each(*input_qubits),
+        ]
+    )
+
+    # Запрос оракула
+    c.append(oracle)
+
+    # Измерение по оси X
+    c.append([cirq.H.on_each(*input_qubits), cirq.measure(*input_qubits, key="result")])
+
+    return c
+
+
+def bitstring(bits):
+    """Создает битовую строку из итерации битов."""
+    return "".join(str(int(b)) for b in bits)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()