用途
QuTiP 用于有限维量子力学、量子光学、Lindblad 动力学、轨迹模拟、弱耦合 Bloch-Redfield 模型，以及 Floquet、HEOM 和置换对称等专门方法。它不是硬件执行 SDK；电路与控制功能已移至独立的 QuTiP 家族包。本技能面向 QuTiP 5.3.0（2026-05-22 发布），要求 Python 3.11 或更新版本，必需依赖为 NumPy（>=1.23.2）、SciPy（>=1.9.2，排除 1.16.0 和 1.17.0）和 packaging。
主要能力
- 封闭与开放量子系统的确定性演化（sesolve、mesolve）。
- 量子跳跃轨迹模拟（mcsolve）。
- 微观弱浴模型（brmesolve）。
- 扩散测量（ssesolve、smesolve）。
- 周期驱动（FloquetBasis、fsesolve、fmmesolve）。
- 结构化非马尔可夫浴（qutip.solver.heom）。
- 对称自旋系综（qutip.piqs）。
- 稳态、谱与相空间分析（steadystate、qfunc、QFunc、wigner）。
- 本地命令行工具：Qobj 模型校验、二能级模拟、求解器配置规划、收敛扫描、结果审计、稳态与谱规划。
使用方式
可复现环境安装：
uv venv --python 3.11
uv pip install "qutip==5.3.0"
绘图支持：
uv pip install "qutip[graphics]==5.3.0"
可选家族包（独立版本）：
uv pip install "qutip-qip==0.4.2"
uv pip install "qutip-qtrl==0.2.0"
uv pip install "qutip-jax==0.1.1"
qutip-qip 0.4.2（2026-06-23）是生产/稳定的电路、门和噪声设备模拟包，从 qutip_qip 导入，而非 qutip.qip。qutip-qtrl 0.2.0（2026-06-23）提供 GRAPE 和 CRAB 量子最优控制，从 qutip_qtrl 导入，PyPI 仍将其归类为 pre-alpha。qutip-jax 0.1.1（2025-05-29）是官方 JAX 数据后端，用于 GPU 和自动微分实验，明确为 pre-alpha。qutip-cupy 是官方 QuTiP 组织仓库，但没有 PyPI 发布，其 README 说明未正式发布，不应放入可复现工作流。
确定性开放系统示例：
import numpy as np
from qutip import basis, mesolve, sigmam, sigmaz
omega = 2.0
gamma = 0.15
tlist = np.linspace(0.0, 20.0, 401)
excited = basis(2, 0)
result = mesolve(
0.5 * omega * sigmaz(),
excited,
tlist,
c_ops=[np.sqrt(gamma) * sigmam()],
e_ops={"sigma_z": sigmaz(), "excited": excited.proj()},
options={
"method": "adams",
"atol": 1e-10,
"rtol": 1e-8,
"store_final_state": True,
"progress_bar": "",
},
)
本地 CLI 示例：
python skills/qutip/scripts/two_level_simulation.py --help
python skills/qutip/scripts/two_level_simulation.py \
--decay-rate 0.2 --t-final 10 --time-points 201 \
--output two-level.json
python skills/qutip/scripts/result_audit.py two-level.json
适用场景
- 需要严格记录单位、张量顺序、态有效性和近似假设的量子系统建模。
- 需要收敛性扫描（Fock 维度、时间/频率窗口、ODE 容差、轨迹数、Floquet 谐波、HEOM 深度等）的数值实验。
- 需要审计结果、避免加载不可信序列化对象的可复现工作流。
- 量子光学、开放系统动力学、稳态与谱分析、相空间可视化。
限制
- 不是硬件执行 SDK；不得将本地模拟呈现为量子硬件执行。
- 电路与控制功能属于扩展包，不在核心 QuTiP 中。
- brmesolve 可能违反正定性，尤其未做 secular 近似时，需检查密度矩阵本征值。
- 直接谱是稳态谱；有限关联的 FFT 需要显式检查尾部衰减、时间步混叠、频率分辨率、窗口敏感性和变换约定。
- 不得加载不可信的 QuTiP 对象/结果文件，因为对象序列化可能执行代码。
- 本技能不使用 Python 动态代码执行。
- 缺失事实：官方文本未提供收费、价格、平台或效果信息。