SDK & API 文档

QuantumSim DLL 提供了一套完整的量子电路仿真 C FFI 接口，第三方开发者可以通过任何支持 C 调用约定的语言直接调用。 DLL 内部采用 Rust 原生实现，支持状态向量、稀疏态、MPS 张量网络三种仿真模式，兼容 OpenQASM 2.0/3.0 标准。

系统要求

部署方式

Python 示例

from quantum_sim import QuantumSim

# 创建 3 量子比特态
sim = QuantumSim(3)

# 制备 GHZ 态
sim.apply_h(0)
sim.apply_cnot(0, 1)
sim.apply_cnot(1, 2)

# 测量
result = sim.measure()
print(f"测量结果: {result:#b}")

# 获取概率分布
for i in range(sim.dim):
    amp = sim.amplitude(i)
    p = amp.re * amp.re + amp.im * amp.im
    if p > 1e-9:
        print(f"  |{i:03b}⟩  P = {p:.4f}")

del sim

C 语言示例

#include <stdio.h>
#include "quantum_sim.h"

int main() {
    QsimStateHandle state = qsim_state_new(2);
    if (!state) { printf("创建失败\n"); return 1; }

    // Bell 态制备
    qsim_state_apply_h(state, 0);
    qsim_state_apply_cnot(state, 0, 1);

    // 测量
    uint64_t result = qsim_state_measure(state);
    printf("测量结果: %llu\n", (unsigned long long)result);

    // 获取概率
    double p0 = qsim_state_prob_one(state, 0);
    printf("qubit 0 |1> 概率: %.4f\n", p0);

    qsim_state_free(state);
    return 0;
}

全状态向量仿真，精确表示 2ⁿ 维希尔伯特空间中的量子态。适用于中小规模电路的精确仿真。

基本操作

单量子比特门

多量子比特门

稀疏表示仅存储非零振幅的量子态。当量子态中大部分基矢振幅为零时（如低纠缠、近经典态）， 稀疏态相比全状态向量可大幅节省内存和计算时间。

矩阵乘积态 (Matrix Product State) 张量网络表示，适用于低纠缠大规模量子系统。 支持 10000+ 量子比特的高效仿真，内建 SVD 截断和键维度自适应调整。

原生支持 21 种量子门操作，涵盖单比特、两比特、三比特门以及连续参数门。

完全兼容 OpenQASM 2.0 标准，支持 3.0 核心特性。可直接运行 QASM 字符串或文件， 也可以将电路导出为 QASM 格式。

# Python 示例
from quantum_sim import QuantumSim

# 直接运行 QASM 代码
qasm = """
OPENQASM 2.0;
include "qelib1.inc";
qreg q[2];
h q[0];
cx q[0], q[1];
"""
state = QuantumSim.from_qasm(qasm)
result = state.measure()
print(f"Bell 态测量: {result:#b}")

材料仿真

通过量子比特模拟晶格自旋系统，研究材料的磁性、超导、拓扑等量子物性。 使用 VQE (变分量子本征求解器) 计算材料基态能量和相图。

化学计算

模拟分子结构和化学反应路径。通过 Jordan-Wigner 或 Bravyi-Kitaev 变换将费米子哈密顿量映射到量子比特， 结合 VQE 计算分子基态能量、过渡态和反应速率。

优化问题

使用 QAOA (量子近似优化算法) 求解组合优化问题，如旅行商、调度、投资组合优化等。 支持自定义 cost Hamiltonian 和 mixer Hamiltonian。

密码学

Shor 算法整数因子分解、Grover 搜索算法密码分析。可用于密码学研究和后量子密码验证。

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