qutip

# QuTiP: Python 量子工具箱 ## 概述 QuTiP 提供了用于模拟和分析量子力学系统的全面工具。它处理封闭（幺正）和开放（耗散）量子系统，并针对不同场景优化了多种求解器。 ## 安装 bash uv pip install qutip 可选的附加功能包： bash # 量子信息处理（电路、门） uv pip install qutip-qip # 量子轨迹查看器 uv pip install qutip-qtrl ## 快速入门 python from qutip import * import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 创建量子态 psi = basis(2, 0) # |0⟩ 态 # 创建算符 H = sigmaz() # 哈密顿量 # 时间演化 tlist = np.linspace(0, 10, 100) result = sesolve(H, psi, tlist, e_ops=[sigmaz()]) # 绘制结果 plt.plot(tlist, result.expect[0]) plt.xlabel('时间') plt.ylabel('⟨σz⟩') plt.show() ## 核心能力 ### 1. 量子对象与状态 创建和操作量子态与算符： python # 状态 psi = basis(N, n) # 福克态 |n⟩ psi = coherent(N, alpha) # 相干态 |α⟩ rho = thermal_dm(N, n_avg) # 热密度矩阵 # 算符 a = destroy(N) # 湮灭算符 H = num(N) # 数算符 sx, sy, sz = sigmax(), sigmay(), sigmaz() # 泡利矩阵 # 复合系统 psi_AB = tensor(psi_A, psi_B) # 张量积 **参考** `references/core_concepts.md` 获取关于量子对象、状态、算符和张量积的全面介绍。 ### 2. 时间演化与动力学 针对不同场景的多种求解器： python # 封闭系统（幺正演化） result = sesolve(H, psi0, tlist, e_ops=[num(N)]) # 开放系统（耗散） c_ops = [np.sqrt(0.1) * destroy(N)] # 坍缩算符 result = mesolve(H, psi0, tlist, c_ops, e_ops=[num(N)]) # 量子轨迹（蒙特卡洛） result = mcsolve(H, psi0, tlist, c_ops, ntraj=500, e_ops=[num(N)]) **求解器选择指南：** - `sesolve`: 纯态，幺正演化 - `mesolve`: 混合态，耗散，通用开放系统 - `mcsolve`: 量子跳跃，光子计数，单个轨迹 - `brmesolve`: 弱系统-浴耦合 - `fmmesolve`: 时间周期性哈密顿量（Floquet） **参考** `references/time_evolution.md` 获取详细的求解器文档、含时哈密顿量及高级选项。 ### 3. 分析与测量 计算物理量： python # 期望值 n_avg = expect(num(N), psi)