QuantumSim

Introduzione

QuantumSim è un simulatore di circuiti quantistici progettato per aiutare a comprendere e visualizzare l'esecuzione di vari algoritmi quantistici. Supporta la conversione tra diversi formati di descrizione del circuito e offre strumenti per analizzare i risultati dei test.

📚 Il Libro su QuantumSim

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Caratteristiche

• Simulazione dei Circuiti Quantistici: Simula vari circuiti quantistici e supporta molteplici algoritmi noti.
• Parser QASM: Converte file QASM (Quantum Assembly Language) in rappresentazioni eseguibili.
• Parser C a QASM: Converte descrizioni di circuiti scritte in C in file QASM.
• Analisi della Code Coverage: Integrata nel processo di Continuous Integration per garantire la qualità del codice.

Come Compilare

Per compilare il progetto, assicurati di avere gcc installato e poi esegui:

make

Questo comando creerà i seguenti eseguibili:

• QuantumSim: Il simulatore principale dei circuiti quantistici.
• QasmParser: Parser per file QASM.
• CtoQasm: Parser per convertire codice C in file QASM.

Eseguire i Test

Abbiamo configurato una serie di test per garantire che ogni parte del progetto funzioni correttamente. Per eseguire i test, usa:

make test

Oppure puoi eseguire direttamente lo script di test:

./run_tests.sh

Generare Report di Code Coverage

Per generare un report di copertura del codice e visualizzare quali parti del codice sono coperte dai test, usa:

make coverage

I risultati saranno salvati in un file coverage.info e puoi visualizzarli direttamente nel terminale.

Continuous Integration

Questo progetto utilizza GitHub Actions per Continuous Integration. Ogni commit e ogni pull request attiva automaticamente la compilazione del codice, l'esecuzione dei test e la generazione di report di code coverage. Gli stati della build e della copertura sono visibili direttamente in questo README tramite i badge sopra.

QuantumSim - Simulatore Quantistico in C

QuantumSim è un simulatore di calcolo quantistico che supporta gate universali a 2 qubits e la funzionalità di misurazione. Questo simulatore consente di inizializzare stati quantistici, applicare gate quantistici e misurare gli stati quantistici risultanti.

Introduzione al Progetto: Esplora il mondo della computazione quantistica con il simulatore open-source

QuantumSim è un simulatore di computazione quantistica progettato per programmatori C che desiderano esplorare il mondo della programmazione quantistica senza dover necessariamente avere una profonda conoscenza della meccanica quantistica.

Per una descrizione dettagliata del progetto, consulta la Introduzione completa.

Caratteristiche

• Inizializzazione di stati quantistici con qualsiasi numero di qubits.
• Applicazione di gate quantistici a 1, 2 e 3 qubit, tra cui Hadamard, Pauli-X, Pauli-Z, CNOT, e gate a 3 qubit come Toffoli (CCNOT), Fredkin, CCZ e CCY.
• Decomposizione dei gate a 3 qubit: Come in un vero hardware quantistico, i gate a 3 qubit vengono decomposti in operazioni elementari, utilizzando gate a 1 e 2 qubit (vedi Khaneja Glaser Decomposition (KGD)), garantendo una simulazione accurata e realistica.
• Misurazione dello stato quantistico e collasso in uno stato base.
• Stampa di debug per tracciare il flusso di esecuzione e visualizzare lo stato quantistico in ogni momento.

Documentazione di Supporto

Per una spiegazione dettagliata su come vengono rappresentati e inizializzati gli stati quantistici nel simulatore, consulta la Documentazione sugli Stati Quantistici.

Questo documento copre:

• La base teorica degli stati quantistici.
• La rappresentazione matematica degli stati con ( n ) qubit.
• La relazione tra concetti fisici e implementazione nel codice.

Documentazione Aggiuntiva

• Applicazione dei Quantum Gates: Scopri come vengono applicati i quantum gates agli stati quantistici in questo progetto.

Struttura del Progetto

QuantumSim/
├── src/                           # Directory principale dei file sorgente
│   ├── quantum_sim.c              # Implementazione del simulatore quantistico
│   ├── circuit.c                  # Implementazione del circuito quantistico
│   ├── main.c                     # Punto di ingresso principale del simulatore
│   ├── qasm_to_c/                 # Directory contenente il parser da QASM a C
│   │   └── qasm_parser.c          # Codice sorgente per il parser QASM-to-C
│   └── c_to_qasm/                 # Directory contenente il parser da C a QASM
│       └── c_to_qasm.c            # Codice sorgente per il parser C-to-QASM
├── Makefile                       # Makefile per la compilazione del progetto
├── README.md                      # Documentazione del progetto
└── LICENSE                        # Licenza del progetto

Requisiti

• GCC (GNU Compiler Collection)
• Make

Installazione

Clona il repository e naviga nella directory del progetto:

git clone https://github.com/francescosisini/QuantumSim.git
cd QuantumSim

Compilazione

Utilizzo del Makefile per QuantumSim

Il Makefile di QuantumSim è stato aggiornato per facilitare la compilazione e l'esecuzione di circuiti quantistici definiti in file C. Ora è possibile specificare un file di circuito personalizzato da compilare direttamente tramite il Makefile.

Opzioni Disponibili

• CIRCUIT_FILE: Nome del file contenente il circuito quantistico in C che si desidera compilare. Se non viene specificato, verrà utilizzato il file predefinito src/circuit.c.

Comandi del Makefile

Compilare QuantumSim con un circuito predefinito:

make

Compilare QuantumSim con un file di circuito personalizzato:

make CIRCUIT_FILE=src/my_custom_circuit.c

Pulire gli eseguibili compilati:

make clean

Esempio

Supponiamo di avere un circuito personalizzato definito nel file src/custom_circuit.c. Per compilare e eseguire QuantumSim con questo circuito, eseguire:

make CIRCUIT_FILE=src/custom_circuit.c
./QuantumSim

Uso

./QuantumSim

Disclaimer

Questo progetto è stato creato con finalità didattiche e divulgative. Sebbene sia stato sviluppato con cura, potrebbero esserci errori o imprecisioni. Per maggiori dettagli, consulta il Disclaimer completo.

Note Legali

QuantumSim è rilasciato sotto la licenza GNU General Public License v3. Per maggiori informazioni, leggi il file LICENSE.

Contatti

Per qualsiasi domanda, suggerimento o per segnalare bug, sentiti libero di aprire una issue o di contattarmi direttamente.

Grazie per il tuo interesse nel contribuire a QuantumSim!