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UnifiedQuantum - A unified, non-commercial quantum computing aggregation framework.

UnifiedQuantum

UnifiedQuantum — A unified, non-commercial quantum computing aggregation framework.

UnifiedQuantum is a lightweight Python framework that provides a unified interface for quantum circuit construction, simulation, and cloud execution across multiple quantum computing platforms. It aggregates backends including OriginQ, Quafu, and IBM Quantum under one consistent API.

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核心工作流

UnifiedQuantum 围绕一个简洁的工作流设计：任意方式构建线路 → uniqc CLI 统一执行。

1. 安装

# 推荐：通过 uv 安装 CLI 工具（全局可用，无需虚拟环境）
uv tool install unified-quantum

# 或从 PyPI 安装 Python 包（提供 Python API）
uv pip install unified-quantum

2. 构建线路（支持原生 API 或任意第三方工具）

from uniqc.circuit_builder import Circuit

c = Circuit()
c.h(0)
c.cnot(0, 1)
c.measure(0, 1)

# 输出 OriginIR 格式，可供 CLI 使用
open('circuit.ir', 'w').write(c.originir)

你也可以使用 Qiskit、Cirq 等工具构建线路，只需最终输出 OriginIR 或 OpenQASM 2.0 格式。

3. CLI 统一执行

# 本地模拟
uniqc simulate circuit.ir --shots 1000

# 提交到云端
uniqc submit circuit.ir --platform originq --shots 1000

# 查询任务结果
uniqc result <task_id>

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设计理念

UnifiedQuantum 是一个非商业性的开源项目，四条基本立场贯穿整个设计：

• 聚合：把分散的量子云平台（OriginQ、Quafu、IBM Quantum 等）收拢到同一套接口下。
• 统一：从线路构建、模拟执行到任务管理，对外呈现一致的 API 与 CLI，不让用户为每家平台单独学一套。
• 透明：线路如何组装、如何被翻译、如何提交到后端，全部显式可见，没有隐藏的 magic。
• 轻量：依赖少、安装快、易于嵌入现有项目。

抽象上，UnifiedQuantum 的三个核心对象覆盖了完整的量子程序生命周期：

• Circuit — 量子线路构建器，原生支持 OriginIR / OpenQASM 2.0 双格式输出。
• Backend — 本地模拟器或真实量子硬件的统一句柄。
• Result — 测量结果以原生 Python 结构返回（dict / list / ndarray），便于后处理。

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Features

• 多平台提交：一个 submit_task（或 uniqc submit）即可将同一份 OriginIR 发往 OriginQ、Quafu、IBM Quantum，或本地 dummy 模拟器。
• 本地模拟：自带 OriginIR Simulator、QASM Simulator，支持 statevector / density matrix 两种后端，以及带噪声的变体。
• 算法组件：内置 HEA、UCCSD、QAOA 等常用 ansatz，可直接用于 VQE / QAOA 研究。
• PyTorch 集成：提供 QuantumLayer、参数偏移梯度、批处理执行，便于构建混合量子—经典模型。
• 可互操作：线路既可用原生 API 构建，也可来自 Qiskit、Cirq 等第三方工具，只要最终产出 OriginIR 或 OpenQASM 2.0。
• 同步 / 异步并存：submit_task 立即返回 task_id；wait_for_result 或 --wait 可阻塞至完成。
• 易扩展：门集、错误模型、平台适配器都按接口组织，添加新后端只需实现一个 adapter。

结果格式差异：各平台 wait_for_result() 返回的 result 内层结构不同：

• OriginQ / Dummy：{"00": 512, "11": 488}（扁平 {bitstring: shots} dict）
• Quafu：{"counts": {"00": 512, "11": 488}, "probabilities": {...}}（嵌套 dict）
• IBM：[{"00": 512}, {"01": 300}]（counts dict 的列表，批量时每个电路一个元素） 详见平台约定文档。

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Installation

Supported Platforms

• Windows / Linux / macOS

Requirements

• Python 3.10 – 3.13

从 PyPI 安装（推荐）

# 安装 CLI 工具（全局可用，无需虚拟环境）
uv tool install unified-quantum

# 安装 Python 包（提供 Python API，可与 uv tool 安装共存）
uv pip install unified-quantum

中国大陆用户推荐配置清华源，可大幅提升下载速度：

# 临时使用（仅本次）
uv pip install unified-quantum --index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/
# 永久生效
uv pip install --python-preference managed --index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/

从源码构建

如果你需要开发新版、安装开发版本或启用 C++ 模拟器：

git clone --recurse-submodules https://github.com/IAI-USTC-Quantum/UnifiedQuantum.git
cd UnifiedQuantum

# 安装 CLI + Python 包（开发模式，源码可编辑，含全部可选依赖）
uv tool install -e .[all]

# 仅安装 Python 包（开发模式，不含可选依赖）
uv pip install -e . --no-build-isolation

Requirements:

• CMake >= 3.26
• C++ compiler with C++17 support
• Git submodules (pybind11, fmt)

如果系统 CMake 版本过低（< 3.26），先升级：

pip install cmake --upgrade

pip 备选方案

pip 不支持 uv tool install 的 CLI 全局安装方式（无需虚拟环境即可全局调用 uniqc 命令）。如无特殊需求，推荐使用上面的 uv 安装方式。

# 从 PyPI 安装
pip install unified-quantum

# 从源码安装
pip install .
pip install -e . --no-build-isolation

可选依赖

核心依赖（包括 scipy）在默认安装中已包含。以下为可选功能依赖：

功能	安装命令（uv）	pip 备选
OriginQ 云平台	uv pip install unified-quantum[originq]	pip install unified-quantum[originq]
Quafu 执行后端	uv pip install unified-quantum[quafu]	pip install unified-quantum[quafu]
Qiskit 执行后端	uv pip install unified-quantum[qiskit]	pip install unified-quantum[qiskit]
高级模拟 (QuTiP)	uv pip install unified-quantum[simulation]	pip install unified-quantum[simulation]
可视化	uv pip install unified-quantum[visualization]	pip install unified-quantum[visualization]
PyTorch 集成	uv pip install unified-quantum[pytorch]	pip install unified-quantum[pytorch]
安装所有可选依赖	uv pip install unified-quantum[all]	pip install unified-quantum[all]

TorchQuantum 后端当前不包含在 PyPI extras 中，需要手动安装：

uv pip install unified-quantum[pytorch]
uv pip install "torchquantum @ git+https://github.com/Agony5757/torchquantum.git@fix/optional-qiskit-deps"

不安装 TorchQuantum 不会影响核心功能、QuTiP 模拟、云平台适配器或常规 uniqc.pytorch 功能；只有 TorchQuantum 专用后端与示例会在实际使用时提示缺少该依赖。

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CLI Quick Reference

# 查看帮助
uniqc --help

# 本地模拟
uniqc simulate circuit.ir --shots 1000

# 提交到云端（支持 originq / quafu / ibm / dummy）
uniqc submit circuit.ir --platform originq --shots 1000

# 查询任务结果
uniqc result <task_id>

# 配置云平台 Token
uniqc config init
uniqc config set originq.token YOUR_TOKEN

# 也可以用 python -m 调用（等价于 uniqc）
python -m uniqc simulate circuit.ir

后端信息查询

# 列出所有可用后端（默认隐藏 unavailable/deprecated）
uniqc backend list

# 显示所有后端（包括 unavailable/deprecated）
uniqc backend list --all

# 显示带保真度信息的表格
uniqc backend list --info

# 查看单个后端详情（含保真度、相干时间、拓扑）
uniqc backend show originq:WK_C180

# 强制刷新后端缓存（update 始终全量拉取最新数据）
uniqc backend update

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Examples

📁 examples/ — Runnable demonstrations

Getting Started

Example	Description
Circuit Remapping	Build a circuit and remap qubits for real hardware
Dummy Server	Submit tasks to the local dummy simulator
Result Post-Processing	Convert and analyze results

Algorithms

Example	Description
Grover Search	Unstructured search with quadratic speedup
Quantum Phase Estimation	Eigenvalue phase estimation

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Documentation

📖 GitHub Pages

Release Notes

• 版本变化总览：https://iai-ustc-quantum.github.io/UnifiedQuantum/source/releases/index.html

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关于我们

UnifiedQuantum 由 IAI-USTC-Quantum 团队开发和维护。

• 机构：合肥综合性国家科学中心人工智能研究院 · 量子人工智能团队
• GitHub 组织：github.com/IAI-USTC-Quantum
• 文档站点：iai-ustc-quantum.github.io
• 联系我们：[e-mail]

欢迎提交 Issues、Pull Request，或通过邮件联系我们。如果您对量子计算研究感兴趣，欢迎加入我们。

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Status

🚧 Actively developing. API may change.