Qiskit模拟器运行量子电路时能否获取各步骤的中间态结果？

你给出的量子电路代码如下：

include "qelib1.inc";

qreg q[2];
creg c[2];

h q[0];
z q[0];
measure q[0] -> c[0];

在经典量子电路模拟器上可以实现每一步的态矢量查询，真实量子硬件暂时不支持该操作。

原理说明 #

真实量子芯片运行电路时，受量子不可克隆原理、退相干效应限制，无法在不干扰量子态演化的前提下，直接读取中间步骤的完整态矢量；但经典侧的量子模拟器是通过数值计算模拟量子态演化，过程中所有中间态都有记录，可随时导出。

你的电路分步态矢量结果 #

你的电路初始为2量子比特|00>基态，分步演化结果如下：

• 施加H门到q[0]后：
  态矢量为 $\frac{1}{\sqrt{2}}|00\rangle + \frac{1}{\sqrt{2}}|01\rangle$，数值形式为 [0.70710678+0.j, 0.70710678+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j]（排序为q[1]高位在前，q[0]低位在后）
• 施加Z门到q[0]后：
  态矢量为 $\frac{1}{\sqrt{2}}|00\rangle - \frac{1}{\sqrt{2}}|01\rangle$，数值形式为 [0.70710678+0.j, -0.70710678+0.j, 0.+0.j, 0.+0.j]

具体实现方式 #

有两种常用的实现方案，都需要先移除电路末尾的measure测量指令，避免触发态坍缩：

方案1：拆分电路分段计算 #

每演化到你需要查询态的节点，就暂停运行导出当前态矢量，再用该态作为初始态继续后续电路演化，示例代码（基于Qiskit）如下：

from qiskit import QuantumCircuit, Aer, execute

simulator = Aer.get_backend("statevector_simulator")
qc = QuantumCircuit(2)

# 演化到H门后导出态
qc.h(0)
res_h = execute(qc, simulator).result()
state_h = res_h.get_statevector()
print("H门后态矢量：", state_h)

# 继续演化到Z门后导出态
qc.z(0)
res_z = execute(qc, simulator).result()
state_z = res_z.get_statevector()
print("Z门后态矢量：", state_z)

方案2：插入快照指令 #

大部分主流量子计算框架都支持快照功能，你可以直接在电路对应位置插入快照标记，运行后一次性导出所有快照点的态矢量，不需要拆分电路。

注意：如果你的电路包含噪声模拟，需要确认模拟器支持带噪声场景下的中间态导出，部分噪声模型会修改态矢量的存储逻辑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者modrozeleni