{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "id": "0d777102",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# Examples\n",
    "\n",
    "Welcome to this **QForge** tutorial. Unlike standard algorithmic simulators, QForge operates at the physical hardware layer. \n",
    "\n",
    "### What is demonstrated\n",
    "* **Hardware Instantiation:** How to define a Transmon qubit with specific physical parameters ($E_J$, $E_C$) and extract its native transition frequencies.\n",
    "* **Automated Calibration:** Using the `GateEngine` to analytically estimate and numerically sweep for the optimal duration of microwave pulses (X and H gates).\n",
    "* **Time-Domain Simulation:** Executing a Hamiltonian simulation of the calibrated pulses using the underlying QuTiP solvers.\n",
    "* **Leakage Analysis:** Tracking populations beyond the computational basis to observe leakage into the $|2\\rangle$ state during fast pulses."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 1,
   "id": "b47ddcd1",
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "import numpy as np\n",
    "import os\n",
    "from qforge.utils.terminal_plot import TerminalPlotter\n",
    "from qforge import QubitEngine\n",
    "from qforge.core.gate_engine import GateEngine\n",
    "\n",
    "import matplotlib\n",
    "matplotlib.use('Agg')\n",
    "import matplotlib.pyplot as plt"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 2,
   "id": "7212ccf6",
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "============================================================\n",
      " Example 14: Single Qubit Gate (X & H) Automated Calibration\n",
      "============================================================\n",
      "[CACHE INIT] No existing cache file found. Starting fresh.\n",
      "\n",
      "[CALIBRATION]: Finding optimal durations for Amp = 0.02 GHz...\n",
      "Calibrating X (local) on Q1...\n",
      " -> Analytical coarse sweep (20 points near estimate)...\n",
      " -> Fine sweep (20 points) zooming in on [54.29, 57.18]...\n",
      "  -> Calibrated Duration: 55.2018 (Metric: 0.9975)\n",
      "  -> Calibrated X-Pulse Duration: 55.20 ns (Fidelity: 0.9975)\n",
      "Calibrating H (local) on Q1...\n",
      " -> Analytical coarse sweep (20 points near estimate)...\n",
      " -> Fine sweep (20 points) zooming in on [27.14, 28.59]...\n",
      "  -> Calibrated Duration: 27.4485 (Metric: 0.9982)\n",
      "  -> Calibrated H-Pulse Duration: 27.45 ns (Fidelity: 0.9982)\n",
      "\n",
      "[EVOLUTION]: Simulating X-Gate dynamics...\n",
      "\n",
      "   Time (ns) | P(|0>) | P(|1>) | P(|2>) (Leakage)\n",
      "   ----------------------------------------------\n",
      "        0.00 |  1.000 |  0.000 |  0.000000\n",
      "       11.27 |  0.997 |  0.003 |  0.000000\n",
      "       22.53 |  0.805 |  0.194 |  0.000255\n",
      "       33.80 |  0.146 |  0.853 |  0.000971\n",
      "       45.06 |  0.004 |  0.996 |  0.000048\n",
      "       55.20 |  0.003 |  0.997 |  0.000000\n",
      "\n",
      "\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mAutomated Single Qubit X-Gate | Duration: 55.20 ns\u001b[0m\u001b[48;5;0m             \u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┌┬─────────────────┬──────────────────┬─────────────────┬─────────────────┬┐\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m1.00┼\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m P(|0>)           \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───────────────┼──────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••••••••••••••••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m P(|1>)           \u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m           \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m          \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;54m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m P(|2>) (Leakage) \u001b[0m\u001b[48;5;0m     \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m       \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m       \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.83┼┼─────────────────┼──────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────┼─────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m            \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m     \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m            \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.67┼┼─────────────────┼─────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───┼──\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m─────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.50┼┼─────────────────┼─────────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┼─────────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.33┼┼─────────────────┼──────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───┼──\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m            \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m            \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.17┼┼─────────────────┼───────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────┼─────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m       \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m      \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m          \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m         \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.00┼\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;54m••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m└┼─────────────────┼──────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼┘\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.0\u001b[0m\u001b[48;5;0m              \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m13.8\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m27.6\u001b[0m\u001b[48;5;0m              \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m41.4\u001b[0m\u001b[48;5;0m             \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m55.2\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mExpectation Value\u001b[0m\u001b[48;5;0m                     \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mTime (ns)\u001b[0m\u001b[48;5;0m                                 \u001b[0m\n",
      "\n",
      "[EVOLUTION]: Simulating H-Gate dynamics...\n",
      "\n",
      "   Time (ns) | P(|0>) | P(|1>) | P(|2>) (Leakage)\n",
      "   ----------------------------------------------\n",
      "        0.00 |  1.000 |  0.000 |  0.000000\n",
      "        5.60 |  0.999 |  0.001 |  0.000000\n",
      "       11.20 |  0.949 |  0.051 |  0.000074\n",
      "       16.81 |  0.694 |  0.306 |  0.000357\n",
      "       22.41 |  0.526 |  0.474 |  0.000026\n",
      "       27.45 |  0.505 |  0.495 |  0.000000\n",
      "\n",
      "\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mAutomated Single Qubit H-Gate | Duration: 27.45 ns\u001b[0m\u001b[48;5;0m             \u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┌┬─────────────────┬──────────────────┬─────────────────┬─────────────────┬┐\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m1.00┼\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m P(|0>)           \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m─────────┼─────────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m P(|1>)           \u001b[0m\u001b[48;5;0m       \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;54m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m P(|2>) (Leakage) \u001b[0m\u001b[48;5;0m             \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.83┼┼─────────────────┼──────────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m           \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.67┼┼─────────────────┼──────────────────┼──────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m         \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m              \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m              \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.50┼┼─────────────────┼──────────────────┼─────────────────┼───\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••••••••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m              \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m             \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m          \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.33┼┼─────────────────┼──────────────────┼───────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m          \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.17┼┼─────────────────┼──────────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m─────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m         \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.00┼\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;54m••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m└┼─────────────────┼──────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼┘\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.0\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m6.9\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m13.7\u001b[0m\u001b[48;5;0m              \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m20.6\u001b[0m\u001b[48;5;0m             \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m27.4\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mExpectation Value\u001b[0m\u001b[48;5;0m                     \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mTime (ns)\u001b[0m\u001b[48;5;0m                                 \u001b[0m\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "def simulate_and_plot(g_eng, gate_type, duration, drive_amp, w01):\n",
    "    \"\"\"Simulates the gate dynamics and prints the population table and graph.\"\"\"\n",
    "    print(f\"\\n[EVOLUTION]: Simulating {gate_type}-Gate dynamics...\")\n",
    "    \n",
    "    drives = [{\"target\": 0, \"type\": gate_type, \"amplitude\": drive_amp, \"frequency\": w01, \"phase\": 0.0}]\n",
    "    \n",
    "    res = g_eng.simulate_n_qubit_dynamics(\n",
    "        [\"Q1\"], f\"Calibrated_{gate_type}\", duration, [], drives, \"0\", steps=50\n",
    "    )\n",
    "    \n",
    "    times, p0, p1 = res[\"times\"], res[\"populations\"][\"0\"], res[\"populations\"][\"1\"]\n",
    "    p_leak = 1.0 - np.array(p0) - np.array(p1)\n",
    "    \n",
    "    print(\"\\n   Time (ns) | P(|0>) | P(|1>) | P(|2>) (Leakage)\")\n",
    "    print(\"   ----------------------------------------------\")\n",
    "    for i in range(0, len(times), 10):\n",
    "        print(f\"   {times[i]:9.2f} |  {p0[i]:.3f} |  {p1[i]:.3f} |  {p_leak[i]:.6f}\")\n",
    "    print(f\"   {times[-1]:9.2f} |  {p0[-1]:.3f} |  {p1[-1]:.3f} |  {p_leak[-1]:.6f}\\n\")\n",
    "    \n",
    "    TerminalPlotter.plot_time_evolution(\n",
    "        times=times,\n",
    "        expectations=[p0, p1, p_leak],\n",
    "        labels=['P(|0>)', 'P(|1>)', 'P(|2>) (Leakage)'],\n",
    "        title=f\"Automated Single Qubit {gate_type}-Gate | Duration: {duration:.2f} ns\"\n",
    "    )\n",
    "\n",
    "def main():\n",
    "    print(\"============================================================\")\n",
    "    print(\" Example 14: Single Qubit Gate (X & H) Automated Calibration\")\n",
    "    print(\"============================================================\")\n",
    "    \n",
    "    q_eng = QubitEngine()\n",
    "    g_eng = GateEngine()\n",
    "\n",
    "    q_eng.create_qubit(\"transmon\", \"Q1\", {\"EJ\": 15.0, \"EC\": 0.3, \"truncated_dim\": 3})\n",
    "    \n",
    "    qubit = q_eng.get_qubit(\"Q1\")\n",
    "    evals = qubit.eigensys(evals_count=2)[0]\n",
    "    w01 = evals[1] - evals[0]\n",
    "    \n",
    "    drive_amp = 0.02 \n",
    "    print(f\"\\n[CALIBRATION]: Finding optimal durations for Amp = {drive_amp} GHz...\")\n",
    "\n",
    "    best_x_dur, x_metric = g_eng.calibrate_gate(\n",
    "        q1_name=\"Q1\", gate_type=\"X\", parameter=\"duration\", amplitude=drive_amp\n",
    "    )\n",
    "    print(f\"  -> Calibrated X-Pulse Duration: {best_x_dur:.2f} ns (Fidelity: {x_metric:.4f})\")\n",
    "\n",
    "    best_h_dur, h_metric = g_eng.calibrate_gate(\n",
    "        q1_name=\"Q1\", gate_type=\"H\", parameter=\"duration\", amplitude=drive_amp\n",
    "    )\n",
    "    print(f\"  -> Calibrated H-Pulse Duration: {best_h_dur:.2f} ns (Fidelity: {h_metric:.4f})\")\n",
    "\n",
    "    # Execute simulation and plotting for both gates\n",
    "    simulate_and_plot(g_eng, \"X\", best_x_dur, drive_amp, w01)\n",
    "    simulate_and_plot(g_eng, \"H\", best_h_dur, drive_amp, w01)\n",
    "\n",
    "if __name__ == \"__main__\":\n",
    "    main()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 3,
   "id": "ee1689c5",
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "\n",
      "=== qforge Gate Simulation Example ===\n",
      "\n",
      "-> Creating Transmon...\n",
      "-> Computing Spectrum...\n",
      "\u001b[48;5;0m                             \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mEnergy Spectrum (Relative)\u001b[0m\u001b[48;5;0m                         \u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┌┬─────────────────┬──────────────────┬─────────────────┬─────────────────┬┐\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m20.4┼\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m▞▞\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m Energy Levels ┼──────────────────┼─────────────────┼─────────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m           \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m     \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m      \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m17.0┼┼─────────────────┼──────────────────┼─────────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m             \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m13.6┼┼─────────────────┼──────────────────┼────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m         \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m             \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m10.2┼┼─────────────────┼───────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┼─────────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m           \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m       \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m       \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m 6.8┼┼─────────────────┼───\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───────────┼─────────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m 3.4┼┼─────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┼──────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m         \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m 0.0┼\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m─────────────┼──────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m└┼─────────────────┼──────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼┘\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m     \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m1\u001b[0m\u001b[48;5;0m                  \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m2\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m3\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m4\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mEnergy (GHz)\u001b[0m\u001b[48;5;0m                         \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mLevel Index\u001b[0m\u001b[48;5;0m                                \u001b[0m\n",
      "\n",
      "-> Simulating X Gate (Pi-pulse)...\n",
      "-> Plotting Dynamics...\n",
      "\u001b[48;5;0m                              \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mRabi Oscillation (X Gate)\u001b[0m\u001b[48;5;0m                         \u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┌┬─────────────────┬──────────────────┬─────────────────┬─────────────────┬┐\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m1.00┼\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m |0⟩ \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••••••••••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───────────────┼──────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••••••••••••••••••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m |1⟩ \u001b[0m\u001b[48;5;0m          \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m          \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m         \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;54m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m |2⟩ \u001b[0m\u001b[48;5;0m          \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m       \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.83┼┼─────────────────┼──────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────┼─────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m            \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m            \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.67┼┼─────────────────┼─────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───┼──\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m─────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.50┼┼─────────────────┼─────────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m─────────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•\u001b[0m\u001b[48;5;0m               \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.33┼┼─────────────────┼─────────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m───┼──\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m─────────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m            \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m            \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.17┼┼─────────────────┼──────────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────┼─────\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m──────────┼─────────────────┼┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m       \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m••\u001b[0m\u001b[48;5;0m        \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;22m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m          \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m         \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;4m•••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m   \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m│\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m││\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0.00┼\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;54m••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••\u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m┤\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m    \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m└┼─────────────────┼──────────────────┼─────────────────┼─────────────────┼┘\u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m     \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m0\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m10\u001b[0m\u001b[48;5;0m                 \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m20\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m30\u001b[0m\u001b[48;5;0m                \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3m40\u001b[0m\u001b[48;5;0m \u001b[0m\n",
      "\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mExpectation Value\u001b[0m\u001b[48;5;0m                     \u001b[0m\u001b[48;5;0m\u001b[38;5;3mTime (ns)\u001b[0m\u001b[48;5;0m                                 \u001b[0m\n",
      "\n",
      "=== Simulation Complete ===\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "\"\"\"\n",
    "Gate Simulation Example\n",
    "=======================\n",
    "\n",
    "This example demonstrates how to use the qforge API to:\n",
    "1. Create a Transmon qubit.\n",
    "2. Analyze its energy spectrum.\n",
    "3. Simulate a quantum gate (X-gate / Pi-pulse).\n",
    "4. Visualize the dynamics directly in the terminal.\n",
    "\"\"\"\n",
    "\n",
    "def run_simulation():\n",
    "    print(\"\\n=== qforge Gate Simulation Example ===\\n\")\n",
    "\n",
    "    # 1. Initialize Engines\n",
    "    qubit_engine = QubitEngine()\n",
    "\n",
    "    # 2. Create a Transmon Qubit\n",
    "    print(\"-> Creating Transmon...\")\n",
    "    qubit = qubit_engine.create_qubit(\n",
    "        qubit_type=\"transmon\",\n",
    "        name=\"example_qubit\",\n",
    "        params={\"EJ\": 15.0, \"EC\": 0.3}\n",
    "    )\n",
    "\n",
    "    # 3. Compute and Plot Spectrum\n",
    "    print(\"-> Computing Spectrum...\")\n",
    "    spectrum = qubit_engine.compute_spectrum(qubit, n_levels=5, subtract_ground=True)\n",
    "    TerminalPlotter.plot_spectrum(spectrum, title=\"Energy Spectrum (Relative)\")\n",
    "\n",
    "    # 4. Simulate X Gate (Pi Pulse)\n",
    "    print(\"\\n-> Simulating X Gate (Pi-pulse)...\")\n",
    "    gate_engine = GateEngine()\n",
    "   \n",
    "    duration = 40.0 # ns\n",
    "    \n",
    "    result = gate_engine.simulate_dynamics(\n",
    "        qubit_name=\"example_qubit\",\n",
    "        gate_type=\"X\",\n",
    "        duration=duration,\n",
    "        noise_model=\"realistic\",\n",
    "        steps=100\n",
    "    )\n",
    "\n",
    "    # 5. Visualize Dynamics\n",
    "    print(\"-> Plotting Dynamics...\")\n",
    "    TerminalPlotter.plot_time_evolution(\n",
    "        times=result[\"times\"],\n",
    "        expectations=result[\"expectations\"],\n",
    "        labels=result[\"labels\"],\n",
    "        title=\"Rabi Oscillation (X Gate)\"\n",
    "    )\n",
    "    \n",
    "    print(\"\\n=== Simulation Complete ===\")\n",
    "\n",
    "if __name__ == \"__main__\":\n",
    "    run_simulation()\n"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "qforge_env",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "language_info": {
   "codemirror_mode": {
    "name": "ipython",
    "version": 3
   },
   "file_extension": ".py",
   "mimetype": "text/x-python",
   "name": "python",
   "nbconvert_exporter": "python",
   "pygments_lexer": "ipython3",
   "version": "3.14.3"
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 5
}