[improve] 5-star circuits, refactor tests

example.py

@@ -1,2 +1,70 @@
-from htcircuits import ht_stabilizer
+from collections import defaultdict
+from src.htcircuits import ht_stabilizer
+from src.htcircuits.lc_classes import *
+from src.htcircuits.circuit_lookup import circuit_lookup
+import matplotlib.pyplot as plt
 
+
+def stabilizer_circuit_statistics(num_qubits, connectivity):
+
+    cost = defaultdict(int)
+    depth = defaultdict(int)
+
+    LCClasses = [LCClass2, LCClass3, LCClass4, LCClass5]
+    cls = LCClasses[num_qubits - 2]
+
+    for id in range(cls.count()):
+        circuit_info = circuit_lookup(num_qubits, connectivity, id)
+        cost[circuit_info.cost] += 1
+        depth[circuit_info.depth] += 1
+
+    average_cost = 0
+    for the_cost, count in cost.items():
+        average_cost += the_cost*count
+    average_cost /= cls.count()
+
+    average_depth = 0
+    for the_depth, count in depth.items():
+        average_depth += the_depth*count
+    average_depth /= cls.count()
+
+    max_cost = max(cost.keys())
+    max_depth = max(depth.keys())
+
+    print(f"Circuit statistics {connectivity}: \n avg 2-qubit count: {average_cost}\n"
+          f" avg 2-qubit depth: {average_depth}\n max 2-qubit count: {max_cost}\n max 2-qubit depth: {max_depth}")
+
+    plt.figure(figsize=(3, 4))
+    plt.title(f"{num_qubits} qubits {connectivity}")
+
+    # plt.plot(cost.keys(), cost.values(), label="cx count")
+    plt.bar(list(cost.keys()), list(cost.values()), color=(1, 0, 0, .5), label="cx count")
+    plt.bar(list(depth.keys()), list(depth.values()), color=(0, 1, 0, .5), label="cx depth")
+
+    plt.legend()
+    plt.tight_layout()
+
+
+print("3 qubits")
+stabilizer_circuit_statistics(3, "all")
+stabilizer_circuit_statistics(3, "linear")
+
+print("4 qubits")
+stabilizer_circuit_statistics(4, "all")
+stabilizer_circuit_statistics(4, "linear")
+stabilizer_circuit_statistics(4, "star")
+stabilizer_circuit_statistics(4, "cycle")
+
+print("5 qubits")
+stabilizer_circuit_statistics(5, "all")
+stabilizer_circuit_statistics(5, "linear")
+stabilizer_circuit_statistics(5, "star")
+stabilizer_circuit_statistics(5, "cycle")
+stabilizer_circuit_statistics(5, "T")
+stabilizer_circuit_statistics(5, "Q")
+
+plt.show()
+
+
+# 4 Qubits: all > cycle, star > linear
+# 5 Qubits: all > star > cycle > Q > T > linear

src/htcircuits/circuit_lookup.py

@@ -118,7 +118,7 @@ def parse_circuit(self) -> QuantumCircuit:
         return qc
 
 
-def circuit_lookup(num_qubits: int, connectivity: str, id):
+def circuit_lookup(num_qubits: int, connectivity: str, id: int):
     filename = f"stabilizer{num_qubits}-{connectivity}.txt"
 
     try:

src/htcircuits/data/stabilizer5-star.txt

@@ -19,9 +19,9 @@
 65:2:2:h0 cx0,1 cx0,4 h0 h2 h3 h4 
 33:2:2:h0 cx0,1 cx0,3 h0 h2 h3 h4 
 17:2:2:h0 cx0,1 cx0,2 h0 h2 h3 h4 
-528:8:8:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,4 swap3,0 cz0,2 swap1,0 
-288:8:8:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,4 swap2,0 cz0,3 swap1,0 
-192:8:8:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,3 swap2,0 cz0,4 swap1,0 
+528:6:6:h0 h3 cz0,3 h0 h4 cz0,4 h0 s0 h1 cz0,1 cz0,3 s0 h0 h2 cz0,2 h0 s1 cz0,1 s1 h1 h2 h3 h4 
+288:6:6:h0 h2 cz0,2 s0 h4 cz0,4 h0 h4 cz0,4 s0 h0 h1 cz0,1 s0 h3 cz0,3 h0 h1 cz0,1 h2 s2 h4 
+192:6:6:h0 s3 h3 cz0,3 h0 s0 h2 cz0,2 h0 s3 cz0,3 h1 cz0,1 h4 cz0,4 h0 h4 s4 cz0,4 h1 s1 h4 
 136:4:4:h0 cx0,2 cx0,3 h0 h1 h3 h4 cz0,2 cz0,4 
 260:4:4:h0 cx0,2 cx0,4 h0 h1 h3 h4 cz0,2 cz0,3 
 514:4:4:h0 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h4 cz0,2 cz0,3 
@@ -39,9 +39,9 @@
 13:3:3:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,4 cz0,3 cz0,1 
 11:3:3:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,4 cz0,2 cz0,1 
 7:3:3:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,3 cz0,2 cz0,1 
-592:9:9:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,4 swap3,0 cz0,4 cz0,2 swap1,0 
-352:9:9:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,4 swap2,0 cz0,4 cz0,3 swap1,0 
-224:9:9:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,3 swap2,0 cz0,4 cz0,3 swap1,0 
+592:5:5:s0 h0 h1 cz0,1 h0 s2 h2 cz0,2 h0 h4 cz0,4 h3 cz0,3 h0 h4 cz0,4 
+352:5:5:h0 s0 h0 h2 cz0,2 s0 s4 h4 cz0,4 h0 h1 cz0,1 h3 cz0,3 s0 h0 h1 s1 cz0,1 h4 
+224:5:5:s0 h0 h1 cz0,1 h0 s0 h4 cz0,4 h0 h2 cz0,2 s0 s3 h3 cz0,3 s0 h0 h3 cz0,3 s1 
 140:3:3:h0 cx0,2 cx0,3 h0 h1 h2 h4 cz0,4 
 268:3:3:h0 cx0,2 cx0,4 h0 h1 h2 h3 cz0,3 
 518:3:3:h0 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h4 cz0,2 
@@ -75,19 +75,19 @@
 141:4:4:h0 cx0,2 cx0,3 h0 h1 h2 h4 cz0,1 cz0,4 
 269:4:4:h0 cx0,2 cx0,4 h0 h1 h2 h3 cz0,1 cz0,3 
 523:4:4:h0 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h3 cz0,1 cz0,2 
-679:6:6:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h4 cz0,1 cz0,2 
-686:6:6:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h4 cz0,2 cz0,4 
-846:6:6:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h3 cz0,2 cz0,3 
-155:5:5:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,3 h0 h1 h3 h4 cz0,1 cz0,4 
-279:5:5:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,4 h0 h1 h3 h4 cz0,1 cz0,3 
-587:5:5:h0 cx0,1 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h3 cz0,1 cz0,2 
-647:5:5:h0 cx0,2 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h4 cz0,1 cz0,2 
-334:5:5:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,4 h0 h1 h2 h3 cz0,2 cz0,3 
-174:5:5:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,3 h0 h1 h2 h4 cz0,2 cz0,4 
-158:5:5:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,3 h0 h1 h3 h4 cz0,3 cz0,4 
-590:5:5:h0 cx0,1 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h3 cz0,2 cz0,3 
-781:5:5:h0 cx0,2 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h3 cz0,1 cz0,3 
-653:5:5:h0 cx0,2 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h4 cz0,1 cz0,4 
-558:5:5:h0 cx0,1 cx0,3 cx0,4 h0 h1 h2 h4 cz0,2 cz0,4 
-286:5:5:h0 cx0,1 cx0,2 cx0,4 h0 h1 h3 h4 cz0,3 cz0,4 
-665:11:11:h4 h3 h2 h1 h0 cz0,4 cz0,2 swap3,0 cz0,2 swap1,0 cz0,4 cz0,1 
+679:5:5:h0 h1 cz0,1 h2 cz0,2 h0 s4 h4 cz0,4 s0 h0 s3 h3 cz0,3 h0 s0 cz0,4 h0 s3 
+686:5:5:h0 s4 h4 cz0,4 s0 h1 s1 cz0,1 h2 cz0,2 h0 h3 cz0,3 h0 s0 cz0,1 h1 s1 
+846:5:5:h0 h4 cz0,4 h0 h1 s1 h1 cz0,1 h0 h2 cz0,2 h3 cz0,3 h0 s0 cz0,4 s0 h0 s1 
+155:4:4:h0 h2 cz0,2 h0 h3 cz0,3 s0 h0 h1 s1 cz0,1 h0 h4 cz0,4 s0 h1 
+279:4:4:h0 h4 cz0,4 h2 cz0,2 h0 s0 h1 s1 cz0,1 h0 s0 h3 cz0,3 h2 s2 
+587:4:4:h0 s0 h0 h4 cz0,4 h3 cz0,3 h0 h1 s1 cz0,1 s0 h0 h2 cz0,2 s0 h4 
+647:4:4:h0 s0 h4 cz0,4 h3 cz0,3 h0 h2 s2 cz0,2 h0 s0 h1 cz0,1 h2 h3 
+334:4:4:h0 h1 cz0,1 h4 cz0,4 h0 s0 h0 h2 cz0,2 h0 s0 h3 cz0,3 s2 h4 
+174:4:4:h0 s0 h1 cz0,1 s3 h3 cz0,3 h0 s0 h2 cz0,2 h0 s0 h4 cz0,4 s2 h3 
+158:4:4:h0 h2 cz0,2 h0 h1 cz0,1 s0 h0 h3 s3 h3 cz0,3 h0 s0 h4 cz0,4 h3 
+590:4:4:h0 h1 cz0,1 h4 cz0,4 h0 s0 h0 h3 s3 cz0,3 h0 s0 s2 h2 cz0,2 h4 
+781:4:4:h0 h4 cz0,4 h0 h2 cz0,2 h0 s0 h0 h3 cz0,3 h0 s0 h1 cz0,1 s3 
+653:4:4:h0 s0 s3 h3 cz0,3 h2 cz0,2 h0 h4 s4 cz0,4 s0 h0 h1 cz0,1 s0 h3 
+558:4:4:h0 h3 cz0,3 h1 cz0,1 s0 h0 h4 s4 cz0,4 s0 h0 h2 cz0,2 s0 h3 
+286:4:4:h0 h2 cz0,2 h0 s1 h1 cz0,1 h0 s0 h0 h4 cz0,4 h0 s0 h3 cz0,3 s4 
+665:5:5:h0 h2 cz0,2 h4 s4 h4 cz0,4 h0 s0 h3 cz0,3 h0 h1 cz0,1 s0 h0 cz0,2 h0 s0