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Añade transiciones fermiónicas al conjunto de configuraciones

Aquí demostramos las funcionalidades para ampliar el conjunto de configuraciones electrónicas obtenido mediante la acción de operadores de transición sobre cada configuración electrónica.

Demostramos cómo añadir saltos de un solo electrón del tipo:

cpσ†cqσ∣x⟩c^\dagger_{p\sigma} c_{q\sigma} |\textbf{x} \rangle

para p,q=1,...,Norbp, q = 1, ..., N_\textrm{orb} y σ∈{↑,↓}\sigma \in \{ \uparrow, \downarrow\}, y para todo ∣x⟩|\textbf{x} \rangle del lote de configuraciones electrónicas. Comenzamos generando un lote de configuraciones electrónicas aleatorias:

# Added by doQumentation — installs the packages this notebook needs if they are missing
import importlib.util

_needed = {"numpy": "numpy", "qiskit_addon_sqd": "qiskit-addon-sqd"}
_missing = [pip for module, pip in _needed.items()
if importlib.util.find_spec(module) is None]
# One at a time, so a package that fails to install does not block the others
for _pip in _missing:
%pip install -q {_pip}
if not _missing:
print("\u2713 All required packages are installed")
import numpy as np

n_qubits = 8
n_orb = n_qubits // 2

rand_seed = 22
np.random.seed(rand_seed)

# Generate some random bitstrings for testing
def random_bitstrings(n_samples, n_qubits):
return (
np.round(np.random.rand(n_samples, n_qubits))
.astype("int")
.astype("bool")
)

bitstring_matrix = random_bitstrings(100, n_qubits)

Los operadores de excitación se especifican dentro de un array de numpy cuya longitud es igual al número de nodos fermiónicos (o qubits). Cada elemento del array debe ser una cadena que puede tomar los valores:

  • 'I': Identity

  • '+': operador de creación

  • '-': operador de aniquilación

Generamos todas las transiciones posibles de un solo electrón (entre especies del mismo espín).

transitions_single = np.array(
[
["I" for i in range(2 * n_orb)]
for j in range(4 * (n_orb**2 - n_orb) // 2 + 1)
]
)
count = 1
for i in range(n_orb):
for j in range(i + 1, n_orb):
# spin up
transitions_single[count, i] = "+"
transitions_single[count, j] = "-"
count += 1
transitions_single[count, i] = "-"
transitions_single[count, j] = "+"
count += 1

# spin down
transitions_single[count, i + n_orb] = "+"
transitions_single[count, j + n_orb] = "-"
count += 1
transitions_single[count, i + n_orb] = "-"
transitions_single[count, j + n_orb] = "+"
count += 1

print(transitions_single)
[['I' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I']
['+' '-' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I']
['-' '+' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' '+' '-' 'I' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' '-' '+' 'I' 'I']
['+' 'I' '-' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I']
['-' 'I' '+' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' '+' 'I' '-' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' '-' 'I' '+' 'I']
['+' 'I' 'I' '-' 'I' 'I' 'I' 'I']
['-' 'I' 'I' '+' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' '+' 'I' 'I' '-']
['I' 'I' 'I' 'I' '-' 'I' 'I' '+']
['I' '+' '-' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' '-' '+' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' 'I' '+' '-' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' 'I' '-' '+' 'I']
['I' '+' 'I' '-' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' '-' 'I' '+' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' 'I' '+' 'I' '-']
['I' 'I' 'I' 'I' 'I' '-' 'I' '+']
['I' 'I' '+' '-' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' 'I' '-' '+' 'I' 'I' 'I' 'I']
['I' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I' '+' '-']
['I' 'I' 'I' 'I' 'I' 'I' '-' '+']]

Ahora aplicamos los operadores de transición a las configuraciones de bitstring_matrix:

from qiskit_addon_sqd.fermion import enlarge_batch_from_transitions

bitstring_matrix_aug = enlarge_batch_from_transitions(
bitstring_matrix, transitions_single
)

print(bitstring_matrix_aug.shape)
print(bitstring_matrix_aug)
(723, 8)
[[False False False ... False False True]
[False True False ... True False False]
[ True True True ... True False True]
...
[ True False True ... False False True]
[ True True True ... True False True]
[False False False ... False False True]]