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Qiskit

Quando Usar

• Você está construindo ou otimizando circuitos quânticos com Qiskit para simuladores ou hardware real.
• Você precisa de ferramentas no estilo IBM Quantum para transpilação, execução, visualização ou bibliotecas de algoritmos.
• Você quer orientação para migrar de um protótipo de circuito simples para execução ciente do backend.

Visão Geral

Qiskit é o framework de computação quântica open-source mais popular do mundo, com mais de 13 milhões de downloads. Construa circuitos quânticos, otimize para hardware, execute em simuladores ou computadores quânticos reais e analise os resultados. Suporta IBM Quantum (sistemas com mais de 100 qubits), IonQ, Amazon Braket e outros provedores.

Principais Recursos:

• Transpilação 83x mais rápida que a concorrência
• 29% menos portas de dois qubits em circuitos otimizados
• Execução agnóstica ao backend (simuladores locais ou hardware na nuvem)
• Bibliotecas de algoritmos abrangentes para otimização, química e ML

Início Rápido

Instalação

uv pip install qiskit
uv pip install "qiskit[visualization]" matplotlib

Primeiro Circuito

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.primitives import StatevectorSampler

# Create Bell state (entangled qubits)
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)           # Hadamard on qubit 0
qc.cx(0, 1)       # CNOT from qubit 0 to 1
qc.measure_all()  # Measure both qubits

# Run locally
sampler = StatevectorSampler()
result = sampler.run([qc], shots=1024).result()
counts = result[0].data.meas.get_counts()
print(counts)  # {'00': ~512, '11': ~512}

Visualização

from qiskit.visualization import plot_histogram

qc.draw('mpl')           # Circuit diagram
plot_histogram(counts)   # Results histogram

Capacidades Principais

1. Configuração e Instalação

Para instalação detalhada, autenticação e configuração de conta IBM Quantum:

• Veja references/setup.md

Tópicos abordados:

• Instalação com uv
• Configuração de ambiente Python
• Configuração de conta IBM Quantum e token de API
• Execução local vs. na nuvem

2. Construindo Circuitos Quânticos

Para construir circuitos quânticos com portas, medições e composição:

• Veja references/circuits.md

Tópicos abordados:

• Criação de circuitos com QuantumCircuit
• Portas de um qubit (H, X, Y, Z, rotações, portas de fase)
• Portas de múltiplos qubits (CNOT, SWAP, Toffoli)
• Medições e barreiras
• Composição e propriedades de circuitos
• Circuitos parametrizados para algoritmos variacionais

3. Primitivas (Sampler e Estimator)

Para executar circuitos quânticos e computar resultados:

• Veja references/primitives.md

Tópicos abordados:

• Sampler: Obtenha medições de bitstrings e distribuições de probabilidade
• Estimator: Calcule valores de expectativa de observáveis
• Interface V2 (StatevectorSampler, StatevectorEstimator)
• Primitivas IBM Quantum Runtime para hardware
• Modos Session e Batch
• Vinculação de parâmetros

4. Transpilação e Otimização

Para otimizar circuitos e prepará-los para execução em hardware:

• Veja references/transpilation.md

Tópicos abordados:

• Por que a transpilação é necessária
• Níveis de otimização (0-3)
• Seis estágios de transpilação (init, layout, routing, translation, optimization, scheduling)
• Recursos avançados (virtual permutation elision, gate cancellation)
• Parâmetros comuns (initial_layout, approximation_degree, seed)
• Melhores práticas para circuitos eficientes

5. Visualização

Para exibir circuitos, resultados e estados quânticos:

• Veja references/visualization.md

Tópicos abordados:

• Desenhos de circuitos (texto, matplotlib, LaTeX)
• Histogramas de resultados
• Visualização de estado quântico (esfera de Bloch, state city, QSphere)
• Topologia de backend e mapas de erro
• Customização e estilo
• Salvando figuras de qualidade para publicação

6. Backends de Hardware

Para executar em simuladores e computadores quânticos reais:

• Veja references/backends.md

Tópicos abordados:

• Backends IBM Quantum e autenticação
• Propriedades e status do backend
• Execução em hardware real com primitivas Runtime
• Gerenciamento de jobs e filas
• Modo Session (algoritmos iterativos)
• Modo Batch (jobs paralelos)
• Simuladores locais (StatevectorSampler, Aer)
• Provedores de terceiros (IonQ, Amazon Braket)
• Estratégias de mitigação de erros

7. Fluxo de Trabalho Qiskit Patterns

Para implementar o fluxo de trabalho de computação quântica em quatro etapas:

• Veja references/patterns.md

Tópicos abordados:

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