QPanda 2教程资源 | 构建量子程序、QWhile与QIf的方法
hi~大家周末好
继上篇推出的量子线路后
小编将为大家持续蓄能啦
今天为你们带来的是
量子程序、QWhile、QIf的构建方法
请随我们一起充电加油吧
在上一篇文章中，小编已经为大家具体介绍了量子线路部分。量子线路是最常用的量子计算模型，它是对量子比特进行操作的线路，由量子逻辑门组成。量子线路是量子程序的一部分，量子程序设计研究的是如何为将来的量子计算机设计程序。接下来我们将为大家讲讲量子程序、QWhile、QIf的构建方法。
量子程序设计用于量子程序编写与构造，一般可理解为一个操作序列。由于量子算法中也包含了经典计算，因此业界设想，将来出现的量子计算机是混合结构的。它包含两大部分：一部分是经典计算机，负责执行经典计算与控制；另一部分是量子设备，负责执行量子计算。QPanda 2将量子程序的编程过程视作经典程序运行的一部分，在整个外围的宿主机程序中，一定包含创建量子程序的部分。
在QPanda 2中，QProg是量子编程的一个容器类，是一个量子程序的最高单位,初始化一个空的QProg对象有以下两种:
C++风格
QProg prog = QProg();
C语言风格
QProg prog = CreateEmptyQProg();
QProg的构造函数还有以下几种：
1.通过QNode*构造量子程序：
auto qubit = qAlloc();
auto gate = H(qubit);
auto pnode = &gate;
QProg prog(pnode);
2.通过shared_ptr<QNode>构造量子程序：
auto qubit = qAlloc();
auto gate = H(qubit);
auto pnode = gate.getImplementationPtr();
QProg prog(pnode);
3.通过量子线路构造量子程序：
auto qubit = qAlloc();
QCircuit circuit;
circuit << H(qubit);
QProg prog(circuit);
4.通过QIf构造量子程序：
auto qubit = qAlloc();
auto cbit = cAlloc();
cbit.setValue(3);
QCircuit circuit;
circuit << H(qubit);
QIfProg qif(cbit > 3, circuit);
QProg prog(qif);
5.通过QWhile构造量子程序：
auto qubit = qAlloc();
auto cbit = cAlloc();
cbit.setValue(3);
QCircuit circuit;
circuit << H(qubit);
QWhileProg qwhile(cbit > 3, circuit);
QProg prog(qwhile);
6.通过QGate构造量子程序：
auto qubit = qAlloc();
auto gate = H(qubit);
QProg prog(gate);
7.通过QMeasure构建量子程序：
auto qubit = qAlloc();
auto cbit = cAlloc();
auto measure = Measure(qubit, cbit);
QProg prog(measure);
8.通过ClassicalCondition构建量子程序：
auto cbit = cAlloc();
QProg prog(cbit);
实现QProg的多种构造函数，主要是为实现各种节点类型向QProg的隐式转换。如：
auto qubit = qAlloc();
auto cbit = cAlloc();
cbit.setValue(1);
auto gate = H(qubit);
auto qif = QIfProg(cbit > 1, gate);
构建QIf的第二个参数本应传入QProg的，但由于QGate可构造QProg，在使用时传入参数QGate就会隐式转换为QProg，使用起来更便捷。
你可以通过如下方式，向QProg尾部填充节点。
QProg << QNode;
或
QProg.pushBackNode(QNode *);
QNode的类型有QGate、QPorg、QIf、QMeasure等，QProg支持插入所有类型的QNode。
以下实例，主要展现了QProg类型接口的使用方式。
1、初始化虚拟机环境：使用init接口初始化一个量子虚拟机，向量子虚拟机申请4个量子比特和4个经典寄存器；
2、构建量子程序：调用CreateEmptyQProg构建一个量子线路prog，通过 << 操作符把量子逻辑门插入到prog中；
3、运行量子程序：调用runWithConfiguration测量运行接口，让量子程序运行1000遍，就可以得到计算结果了。
运行结果：
1000, 242
1001, 277
1110, 254
1111, 227
以上为量子程序的详细介绍，接下来小编将为大家重点介绍执行量子程序的While和If循环操作。
量子程序循环控制操作，输入参数为条件判断表达式，功能是执行while循环操作。
在QPanda 2中，QWhileProg类用于表示执行量子程序while循环操作，初始化一个QWhileProg对象有以下两种方式：
C++风格
QWhileProg qwile = QWhileProg(ClassicalCondition, QProg);
C语言风格
QWhileProg qwile = CreateWhileProg(ClassicalCondition, QProg);
上述函数需要提供两个参数，即ClassicalCondition(量子表达式)与QProg(量子程序)。
注解
由于QNode*、 shared_ptr<QNode>、QCircuit、QIfProg、QWhileProg、QGate、QMeasure、ClassicalCondition可以隐式转换为QProg， 所以在构建QWhile时，第二个参数也可以传入上述中的任意一种节点。
同时，通过该类内置的函数，可以轻松获取QWhile操作正确分支。
QWhileProg qwhile = CreateWhileProg(ClassicalCondition, QProg);
QNode* true_branch = qwhile.getTrueBranch();
也可以获取量子表达式。
QWhileProg qwhile = CreateWhileProg(ClassicalCondition, QProg);
ClassicalCondition* expr = qwhile.getCExpr();
具体操作流程，可参考下方示例。
以下实例，主要展现了QWhile的使用方式。
1、初始化虚拟机环境：使用init接口初始化一个量子虚拟机，构建一个量子程序prog，用来保存QWhile，向量子虚拟机申请3个量子比特和3个经典寄存器，并设置第一个经典寄存器cvec[0]的值为0；
2、构建QWhile：构建一个量子线路prog_in，通过<< 操作符把量子逻辑门和经典表达式插入到prog_in中（这里需要特殊介绍H(qvec[cvec[0]])，它的意思是从qvec的cvec[0]位置取对应量子比特，并对该量子比特进行H门操作），然后通过CreateWhileProg接口构造一个qwhile，这个qwhile的判断条件是cvec[0]<3；
3、运行量子程序：把qwhile插入到prog中，调用probRunTupleList概率测量运行接口，就可以得到计算结果了。
运行结果：
0, 0.125
1, 0.125
2, 0.125
3, 0.125
4, 0.125
5, 0.125
6, 0.125
7, 0.125
QIf表示量子程序条件判断操作，输入参数为条件判断表达式，功能是执行条件判断。
在QPanda 2中，QIfProg类用于表示执行量子程序条件判断操作，初始化一个QIfProg对象有以下两种方式：
C++风格
QIfProg qif = QIfProg(ClassicalCondition, QProg);
QIfProg qif = QIfProg(ClassicalCondition, QProg, QProg);
C语言风格
QIfProg qif = CreateIfProg(ClassicalCondition, QProg);
QIfProg qif = CreateIfProg(ClassicalCondition, QProg, QProg);
上述函数需要提供两种类型参数，即ClassicalCondition与QProg。当传入1个QProg参数时，QProg表示正确分支；当传入2个QProg参数时，第一个表示正确分支，第二个表示错误分支。
注解
由于QNode*、 shared_ptr<QNode>、QCircuit、QIfProg、QWhileProg、QGate、QMeasure、ClassicalCondition可以隐式转换为QProg，所以在构建QIf时第二个参数或第三个参数也可以传入上述中的任意一种节点。
同时，通过该类内置的函数，可以轻松获取QIf操作正确分支与错误分支。
QIfProg qif = CreateIfProg(ClassicalCondition, QProg, QProg);
QNOde* true_branch = qif.getTrueBranch();
QNode* false_branch = qif.getFalseBranch();
也可以获取量子表达式。
QIfProg qif = CreateIfProg(ClassicalCondition, QProg, QProg);
ClassicalCondition* expr = qif.getCExpr();
以下实例，主要展现了QIf的使用方式。
1、 初始化虚拟机环境：使用init接口初始化一个量子虚拟机，构建一个量子程序prog ，用来保存QIf，向量子虚拟机申请3个量子比特和3个经典寄存器，并设置第一个和第二个经典寄存器的值为0 ；
2、 构建QIf：构建两个量子线路branch_true、branch_false，通过 << 操作符把量子逻辑门和经典表达式插入到branch_true和branch_false中，然后通过CreateIfProg接口构造一个qif，这个qif的判断条件是cvec[1]>5；
3、 运行量子程序：把qif插入到prog中，调用probRunTupleList概率测量运行接口，就可以得到计算结果了。
运行结果：
0, 0.5
7, 0.5
1, 0
2, 0
3, 0
4, 0
5, 0
6, 0
★以上即为QPanda 2量子程序、QWhile、QIf三个部分的详细内容介绍。
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