如何将 2d numpy.array 或 Qobj 重塑为 dims=[[2,2],[2,2]]

Question

下面的 Numpy 示例

目标：QuTiP 对象

我的请求的目标是添加两个 Qobj 类型的量子态对象（密度矩阵），如以下 Werner 态示例（赋予它一些物理意义）。

import qutip as q
r = .5
state = r * q.ket2dm(q.ghz_state(2)) + (1-r) * q.maximally_mixed_dm(4)

错误信息是

TypeError: Incompatible quantum object dimensions

所以我们可以进入低维状态，但随后我们松开相关的维度属性以继续该状态：

state = r * q.ket2dm(q.ghz_state(2)).data.toarray() + (1-r) * q.maximally_mixed_dm(4)

我像 q.Qobj(q.maximally_mixed_dm(4).data.toarray().reshape([[2,2],[2,2]])) 这样的尝试都失败了，因为 reshape 不处理列表的列表。

从维度 [[2,2],[2,2]] 下降到 [4,4] 的逆运算并不是使用重塑或转换为数组所示的奇迹。但是在 numpy 和 qutip 中是否实现了逆？

编辑：对于熟悉 numpy 的人

如何将二维数组（例如这里的 4x4）重塑为 (2x2)x(2x2) 数组？ numpy 的内置函数似乎不喜欢我请求的示例。它不接受列表列表，如下所示：

import numpy as np
state = np.identity(4).reshape([[2,2],[2,2]])

我很惊讶以前从来没有人问过这个问题！

Answer 1

您以错误的方式使用了重塑。它以维度的元组作为参数（参见文档），而不是元组的元组或以维度作为元素的列表列表——这应该如何工作？我认为您将列表列表的深度与维度（预计是元组的数字条目）混合在一起。

我不确定你到底想得到什么，但我猜是以下之一：

state = np.identity(4).reshape((2,2,2,2))
state = np.identity(4).reshape((4,2,2))
state = np.identity(4).reshape((2,2,4))

Answer 2

Jojo 在将此答案应用于 qutip 时的回答不完整。

Qutip 具体问题

关于 qutip 的令人困惑的部分是它需要 (4,4) 的形状，但量子维度是 [[2,2],[2,2]]。这会导致错误消息，例如如果形状正确，则量子维度错误：

>>> import qutip as q
>>> s1 = q.ket2dm(q.ghz_state(2))
>>> s2 = q.maximally_mixed_dm(4).data.toarray().reshape((4,4))
>>> s1+s2

TypeError: Incompatible quantum object dimensions

或者接受了量子维度，内部形状错误：

>>> import qutip as q
>>> s1 = q.ket2dm(q.ghz_state(2))
>>> s2 = q.maximally_mixed_dm(4).data.toarray().reshape((2,2,2,2))
>>> s1+s2

TypeError: expected dimension <= 2 array or matrix

Qutip 特定转换

解决方案是将正确的形状 (4,4) 重新转换为正确的量子维度 [[2,2],[2,2]]:

s2 = q.Qobj(q.maximally_mixed_dm(4).data.toarray().reshape((4,4)),
            dims=[[2,2],[2,2]])

不幸的是，我目前在 qutip 中没有看到这样的实现，但是这个 "workaround" 通过 numpy 工作。

Answer 3

您可以直接使用 dims 属性设置尺寸：

s2 = q.maximally_mixed_dm(4)
s2.dims = [[2,2],[2,2]]

如何将 2d numpy.array 或 Qobj 重塑为 dims=[[2,2],[2,2]]

How to reshape a 2d numpy.array or Qobj into dims=[[2,2],[2,2]]

python

reshape

qutip

目标：QuTiP 对象

编辑：对于熟悉 numpy 的人

Qutip 具体问题

Qutip 特定转换