QuTiP 5

Escopo

Use o QuTiP para mecânica quântica de dimensão finita, óptica quântica, dinâmica de Lindblad, trajetórias, modelos de acoplamento fraco Bloch-Redfield e métodos especializados de Floquet, HEOM e invariância permutacional. Não é um SDK de execução de hardware. Funcionalidades de circuito e controle foram movidas para pacotes separados da família QuTiP.

Esta habilidade tem como alvo o QuTiP 5.3.1, lançado em 04/08/2026. O QuTiP 5.3 requer Python 3.11 ou mais recente. Suas distribuições necessárias são NumPy (>=1.23.2), SciPy (>=1.9.2, excluindo 1.16.0 e 1.17.0) e packaging.

Snapshot de uv reproduzível

Crie um ambiente dedicado e fixe todas as distribuições diretas:

uv venv --python 3.11
uv pip install "qutip==5.3.1"

Para gráficos:

uv pip install "qutip[graphics]==5.3.1"

Pacotes opcionais da família QuTiP são versionados independentemente:

uv pip install "qutip-qip==0.4.2"
uv pip install "qutip-qtrl==0.2.0"
uv pip install "qutip-jax==0.1.1"

• qutip-qip 0.4.2 (23/06/2026) é o pacote de simulação de circuito, porta e dispositivo ruidoso de produção/estável. Importe de qutip_qip, não de qutip.qip.
• qutip-qtrl 0.2.0 (23/06/2026) fornece controle quântico ótimo GRAPE e CRAB. Não é um visualizador de trajetórias. Importe de qutip_qtrl, não de qutip.control; o PyPI ainda o classifica como pré-alfa.
• qutip-jax 0.1.1 (29/05/2025) é o backend oficial de dados JAX para experimentos de GPU e diferenciação automática. É explicitamente pré-alfa.
• qutip-cupy é um repositório oficial da organização QuTiP, mas não tem lançamento no PyPI e seu próprio README diz que não foi lançado oficialmente. Não coloque uma instalação Git não lançada em um fluxo de trabalho reproduzível.

Use um arquivo de bloqueio de projeto ou um fluxo de trabalho uv pip compile gerador de hash quando a identidade da dependência transitiva também precisar ser congelada.

Testes principais cobrem pequenos sistemas de CPU nativos com soluções conhecidas. Verificações opcionais de JAX cobrem apenas conversão/evolução de CPU e diferenciação; GPU/MPI, hierarquias HEOM grandes e física experimentalmente realista não são validadas. Snippets com placeholders como H, rho0 ou c_ops são fragmentos ilustrativos para adaptar após definir um modelo consistente.

Contrato de modelo não negociável

Antes de resolver, registre:

1. Unidades e convenção. As equações do QuTiP normalmente definem (\hbar=1). As entradas do Hamiltoniano são frequências angulares e as taxas têm unidades de tempo recíproco. Uma taxa de decaimento especificada como 1/T1 não precisa de um fator 2*pi. Converta frequência cíclica com (2\pi f); nunca misture Hz e rad/s.
2. Ordem dos subsistemas. tensor(A, B, C) fixa os índices dos subsistemas 0, 1, 2. Preserve essa ordem em todos os estados, operadores, canais de colapso e traços parciais. obj.ptrace([0, 2]) mantém esses subsistemas; não os traça.
3. Validade do estado. Verifique a norma do ket ou a Hermiticidade da matriz de densidade, a unidade do traço e os autovalores acima de uma tolerância negativa declarada. Valores negativos minúsculos podem ser numéricos; negatividade material invalida um estado reivindicado.
4. Significado do gerador. Um canal de Lindblad com taxa gamma é representado por sqrt(gamma) * A, não por gamma * A. Defina o que cada taxa mede. Por exemplo, sqrt(gamma_phi / 2) * sigmaz() dá o decaimento de coerência exp(-gamma_phi * t).
5. Aproximações. Declare as suposições de onda rotativa, Born-Markov, secular, acoplamento fraco, equilíbrio de banho, truncamento, simetria e fatoração inicial sempre que usadas.
6. Numéricos. Justifique o truncamento de Hilbert, a grade de saída, o método de integração, as tolerâncias, a contagem de trajetórias e as sementes aleatórias. Relate result.stats.
7. Convergência. Varra todos os cortes artificiais: dimensão de Fock, janela e espaçamento de tempo/frequência, tolerâncias de ODE, trajetórias, harmônicos de Floquet, profundidade de HEOM e expoentes de banho, ou representação PIQS, conforme aplicável.

Qobj, dimensões e ordem tensorial

Prefira importações explícitas e inspecione tanto a forma quanto as dimensões estruturadas:

from qutip import basis, qeye, sigmaz, tensor

psi = tensor(basis(2, 0), basis(3, 1))
z_on_first = tensor(sigmaz(), qeye(3))

assert psi.shape == (6, 1)
assert psi.dims == [[2, 3], [1]]
assert z_on_first.dims == [[2, 3], [2, 3]]
rho_first = psi.proj().ptrace(0)  # keep subsystem 0

A forma da matriz sozinha é insuficiente: dois objetos podem ser ambos 6x6, mas codificar diferentes fatorações tensoriais. Leia references/core_concepts.md antes de construir modelos compostos, superoperadores ou de canal.

Escolha o solver pela física