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Update docstrings for PauliSum. #5596
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Original file line number | Diff line number | Diff line change | ||||||||||||||||
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@@ -360,17 +360,69 @@ def _pauli_string_from_unit(unit: UnitPauliStringT, coefficient: Union[int, floa | |||||||||||||||||
class PauliSum: | ||||||||||||||||||
"""Represents operator defined by linear combination of PauliStrings. | ||||||||||||||||||
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Since PauliStrings store their own coefficients, this class | ||||||||||||||||||
does not implement the LinearDict interface. Instead, you can | ||||||||||||||||||
Since `cirq.PauliString`s store their own coefficients, this class | ||||||||||||||||||
does not implement the `cirq.LinearDict` interface. Instead, you can | ||||||||||||||||||
add and subtract terms and then iterate over the resulting | ||||||||||||||||||
(simplified) expression. | ||||||||||||||||||
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MichaelBroughton marked this conversation as resolved.
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Under the hood, this class is backed by a LinearDict with coefficient-less | ||||||||||||||||||
PauliStrings as keys. PauliStrings are reconstructed on-the-fly during | ||||||||||||||||||
iteration. | ||||||||||||||||||
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PauliSums can be constructed explicitly: | ||||||||||||||||||
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>>> a, b = cirq.GridQubit.rect(1, 2) | ||||||||||||||||||
>>> sum = cirq.PauliSum() | ||||||||||||||||||
There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. nit: Can we show an example which constructs a non-empty pauli sum? Maybe using the |
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or implicitly: | ||||||||||||||||||
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>>> a, b = cirq.GridQubit.rect(1, 2) | ||||||||||||||||||
>>> psum = cirq.X(a) * cirq.X(b) + 3.0 * cirq.Y(a) | ||||||||||||||||||
>>> psum | ||||||||||||||||||
cirq.PauliSum( | ||||||||||||||||||
cirq.LinearDict({ | ||||||||||||||||||
frozenset({ | ||||||||||||||||||
(cirq.GridQubit(0, 0), cirq.X), (cirq.GridQubit(0, 1), cirq.X)}): (1+0j), | ||||||||||||||||||
frozenset({ | ||||||||||||||||||
(cirq.GridQubit(0, 0), cirq.Y)}): (3+0j)} | ||||||||||||||||||
) | ||||||||||||||||||
) | ||||||||||||||||||
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basic arithmetic and expectation operations are supported as well: | ||||||||||||||||||
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>>> a, b = cirq.GridQubit.rect(1, 2) | ||||||||||||||||||
>>> psum = cirq.X(a) * cirq.X(b) + 3.0 * cirq.Y(a) | ||||||||||||||||||
>>> two_psum = 2 * psum | ||||||||||||||||||
>>> four_psum = two_psum + two_psum | ||||||||||||||||||
There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. Add a |
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>>> expectation = four_psum.expectation_from_state_vector( | ||||||||||||||||||
... np.array([0.707106, 0, 0, 0.707106], dtype=complex), | ||||||||||||||||||
... qubit_map={a: 0, b: 1} | ||||||||||||||||||
... ) | ||||||||||||||||||
>>> expectation | ||||||||||||||||||
4.0 | ||||||||||||||||||
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""" | ||||||||||||||||||
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def __init__(self, linear_dict: Optional[value.LinearDict[UnitPauliStringT]] = None): | ||||||||||||||||||
"""Construct a PauliSum from a linear dictionary. | ||||||||||||||||||
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Note, the preferred method of constructing PauliSum objects is either implicitly | ||||||||||||||||||
or via the `from_pauli_strings` function. | ||||||||||||||||||
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Args: | ||||||||||||||||||
linear_dict: Set of (`cirq.Qid`, `cirq.Pauli`) tuples to construct the sum | ||||||||||||||||||
from. | ||||||||||||||||||
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Raises: | ||||||||||||||||||
ValueError: If structure of `linear_dict` contains tuples other than the | ||||||||||||||||||
form (`cirq.Qid`, `cirq.Pauli`). | ||||||||||||||||||
""" | ||||||||||||||||||
if linear_dict is None: | ||||||||||||||||||
linear_dict = value.LinearDict() | ||||||||||||||||||
if not _is_linear_dict_of_unit_pauli_string(linear_dict): | ||||||||||||||||||
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@@ -386,12 +438,39 @@ def _value_equality_values_(self): | |||||||||||||||||
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@staticmethod | ||||||||||||||||||
def wrap(val: PauliSumLike) -> 'PauliSum': | ||||||||||||||||||
"""Convert a `cirq.PauliSumLike` object to a PauliSum | ||||||||||||||||||
MichaelBroughton marked this conversation as resolved.
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Attemps to convert an existing int, float, complex, `cirq.PauliString`, | ||||||||||||||||||
`cirq.PauliSum` or `cirq.SingleQubitPauliStringGateOperation` into | ||||||||||||||||||
a `cirq.PauliSum` object. For example: | ||||||||||||||||||
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>>> my_psum = cirq.PauliSum.wrap(2.345) | ||||||||||||||||||
>>> my_psum | ||||||||||||||||||
cirq.PauliSum(cirq.LinearDict({frozenset(): (2.345+0j)})) | ||||||||||||||||||
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Args: | ||||||||||||||||||
`cirq.PauliSumLike` to convert to PauliSum. | ||||||||||||||||||
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Returns: | ||||||||||||||||||
PauliSum representation of `val`. | ||||||||||||||||||
""" | ||||||||||||||||||
if isinstance(val, PauliSum): | ||||||||||||||||||
return val | ||||||||||||||||||
return PauliSum() + val | ||||||||||||||||||
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@classmethod | ||||||||||||||||||
def from_pauli_strings(cls, terms: Union[PauliString, List[PauliString]]) -> 'PauliSum': | ||||||||||||||||||
"""Returns a PauliSum by combining `cirq.PauliString` terms. | ||||||||||||||||||
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Args: | ||||||||||||||||||
terms: `cirq.PauliString` or List of `cirq.PauliString`s to use inside | ||||||||||||||||||
of this PauliSum object. | ||||||||||||||||||
Returns: | ||||||||||||||||||
PauliSum object representing the addition of all the `cirq.PauliString` | ||||||||||||||||||
terms in `terms`. | ||||||||||||||||||
""" | ||||||||||||||||||
if isinstance(terms, PauliString): | ||||||||||||||||||
terms = [terms] | ||||||||||||||||||
termdict: DefaultDict[UnitPauliStringT, value.Scalar] = defaultdict(lambda: 0) | ||||||||||||||||||
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@@ -414,7 +493,7 @@ def from_boolean_expression( | |||||||||||||||||
qubit_map: map of string (boolean variable name) to qubit. | ||||||||||||||||||
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Return: | ||||||||||||||||||
The PauliString that represents the Boolean expression. | ||||||||||||||||||
The PauliSum that represents the Boolean expression. | ||||||||||||||||||
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Raises: | ||||||||||||||||||
ValueError: If `boolean_expr` is of an unsupported type. | ||||||||||||||||||
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@@ -455,10 +534,25 @@ def from_boolean_expression( | |||||||||||||||||
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@property | ||||||||||||||||||
def qubits(self) -> Tuple[raw_types.Qid, ...]: | ||||||||||||||||||
"""The sorted list of qubits used in this PauliSum.""" | ||||||||||||||||||
qs = {q for k in self._linear_dict.keys() for q, _ in k} | ||||||||||||||||||
return tuple(sorted(qs)) | ||||||||||||||||||
MichaelBroughton marked this conversation as resolved.
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def with_qubits(self, *new_qubits: 'cirq.Qid') -> 'PauliSum': | ||||||||||||||||||
"""Return a new PauliSum on `new_qubits`. | ||||||||||||||||||
|
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There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. I think we can use some example here / highlight that The fact that pauli sum will always return a sorted list of qubits is tricky and could be helpful to provide some examples. There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. Were you thinking maybe a code snippet ? |
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Args: | ||||||||||||||||||
*new_qubits: `cirq.Qid` objects to replace existing | ||||||||||||||||||
qubit objects in this PauliSum. | ||||||||||||||||||
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Returns: | ||||||||||||||||||
PauliSum with new_qubits replacing the previous | ||||||||||||||||||
qubits. | ||||||||||||||||||
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Raises: | ||||||||||||||||||
ValueError: If len(new_qubits) != len(self.qubits). | ||||||||||||||||||
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""" | ||||||||||||||||||
qubits = self.qubits | ||||||||||||||||||
if len(new_qubits) != len(qubits): | ||||||||||||||||||
raise ValueError('Incorrect number of qubits for PauliSum.') | ||||||||||||||||||
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@@ -469,12 +563,23 @@ def with_qubits(self, *new_qubits: 'cirq.Qid') -> 'PauliSum': | |||||||||||||||||
return PauliSum.from_pauli_strings(new_pauli_strings) | ||||||||||||||||||
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def copy(self) -> 'PauliSum': | ||||||||||||||||||
"""Return a copy of this PauliSum. | ||||||||||||||||||
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Returns: A copy of this PauliSum. | ||||||||||||||||||
""" | ||||||||||||||||||
factory = type(self) | ||||||||||||||||||
return factory(self._linear_dict.copy()) | ||||||||||||||||||
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def matrix(self, qubits: Optional[Iterable[raw_types.Qid]] = None) -> np.ndarray: | ||||||||||||||||||
"""Reconstructs matrix of self from underlying Pauli operations in | ||||||||||||||||||
computational basis of qubits. | ||||||||||||||||||
"""Returns the matrix of this PauliSum in computational basis of qubits. | ||||||||||||||||||
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Args: | ||||||||||||||||||
qubits: Iterable of qubits, ordering to determine the computational | ||||||||||||||||||
basis of qubits. If none is provided the default ordering of | ||||||||||||||||||
`self.qubits` is used. | ||||||||||||||||||
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Suggested change
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Returns: | ||||||||||||||||||
np.ndarray representing the matrix of this PauliSum expression. | ||||||||||||||||||
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Raises: | ||||||||||||||||||
TypeError: if any of the gates in self does not provide a unitary. | ||||||||||||||||||
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Uh oh!
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