"""Алгоритм Бернштейна–Вазирани в Cirq."""

import random

import cirq


def main():
    """Выполняет алгоритм BV."""
    # Количество кубитов
    qubit_count = 8
    # Количество выборок из схемы
    circuit_sample_count = 3

    # Выберите кубиты для использования
    input_qubits = [cirq.GridQubit(i, 0) for i in range(qubit_count)]
    output_qubit = cirq.GridQubit(qubit_count, 0)

    # Выберите коэффициенты для оракула и создайте схему для его запроса
    secret_bias_bit = random.randint(0, 1)
    secret_factor_bits = [random.randint(0, 1) for _ in range(qubit_count)]

    oracle = make_oracle(
        input_qubits, output_qubit, secret_factor_bits, secret_bias_bit
    )

    print(
        "Secret function:\nf(x) = x*<{}> + {} (mod 2)".format(
            ", ".join(str(e) for e in secret_factor_bits), secret_bias_bit
        )
    )

    # Встраиваем оракул в специальную квантовую схему, запрашивая ее ровно один раз
    circuit = make_bernstein_vazirani_circuit(input_qubits, output_qubit, oracle)
    print("\nCircuit:")
    print(circuit)

    # Выберем из схемы пару раз
    simulator = cirq.Simulator()
    result = simulator.run(circuit, repetitions=circuit_sample_count)
    frequencies = result.histogram(key="result", fold_func=bitstring)
    print("\nSampled results:\n{}".format(frequencies))

    # Проверить, действительно ли мы нашли секретное значение
    most_common_bitstring = frequencies.most_common(1)[0][0]
    print(
        "\nMost common matches secret factors:\n{}".format(
            most_common_bitstring == bitstring(secret_factor_bits)
        )
    )


def make_oracle(input_qubits, output_qubit, secret_factor_bits, secret_bias_bit):
    """Вентили, реализующие функцию f(a) = a*factors + bias (mod 2)."""
    if secret_bias_bit:
        yield cirq.X(output_qubit)

    for qubit, bit in zip(input_qubits, secret_factor_bits):
        if bit:
            yield cirq.CNOT(qubit, output_qubit)


def make_bernstein_vazirani_circuit(input_qubits, output_qubit, oracle):
    """Находит множители в f (a) = a * factors + bias (mod 2) с помощью одного запроса."""
    c = cirq.Circuit()

    # Инициализировать кубиты
    c.append(
        [
            cirq.X(output_qubit),
            cirq.H(output_qubit),
            cirq.H.on_each(*input_qubits),
        ]
    )

    # Запрос оракула
    c.append(oracle)

    # Измерение по оси X
    c.append([cirq.H.on_each(*input_qubits), cirq.measure(*input_qubits, key="result")])

    return c


def bitstring(bits):
    """Создает битовую строку из итерации битов."""
    return "".join(str(int(b)) for b in bits)


if __name__ == "__main__":
    main()