import random, math

# randomly create a 2-dimensional quantum state
def random_quantum_state():
	first_entry = random.randrange(-100,101)
	second_entry = random.randrange(-100,101)
	length_square = first_entry**2+second_entry**2
	while length_square == 0:
		first_entry = random.randrange(-100,101)
		second_entry = random.randrange(-100,101)
	length_square = first_entry**2+second_entry**2
	first_entry = first_entry / length_square**0.5
	second_entry = second_entry / length_square**0.5
	return [first_entry,second_entry]
	
# randomly create a 2-dimensional quantum state	
def random_quantum_state2():
	angle_degree = random.randrange(360)
	angle_radian = math.pi * angle_degree / 180
	return [math.cos(angle_radian),math.sin(angle_radian)]	
	
# finding the angle of a 2-dimensional quantum state
def angle_quantum_state(x,y):
	angle_radian = math.acos(x) # radian of the angle with state |0>
	angle_degree = 360*angle_radian/(2*math.pi) # degree of the angle with state |0>
	# if the second amplitude is negative, 
	#     then angle is (-angle_degree)
	#     or equivalently 360 + (-angle_degree)
	if y<0: angle_degree = 360-angle_degree # degree of the angle
	# else degree of the angle is the same as degree of the angle with state |0>
	return angle_degree	


def giant_oracle(circuit99,quantum_reg):
    number=18
    if(number%2 == 0):
        circuit99.x(quantum_reg[0])
    if(number%4 < 2):
        circuit99.x(quantum_reg[1])
    if(number%8 < 4):
        circuit99.x(quantum_reg[2])
    if(number%16 < 8):
        circuit99.x(quantum_reg[3])
    if(number%32 < 16):
        circuit99.x(quantum_reg[4])
    if(number%64 < 32):
        circuit99.x(quantum_reg[5])
    if(number%128 < 64):
        circuit99.x(quantum_reg[6])
    if(number%256 < 128):
        circuit99.x(quantum_reg[7])
    if(number%512 < 256):
        circuit99.x(quantum_reg[8])
    if(number < 512):
        circuit99.x(quantum_reg[9])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[0],quantum_reg[1],quantum_reg[18])
    circuit99.ccx(quantum_reg[2],quantum_reg[3],quantum_reg[11])
    circuit99.ccx(quantum_reg[4],quantum_reg[5],quantum_reg[12])
    circuit99.ccx(quantum_reg[6],quantum_reg[7],quantum_reg[13])
    circuit99.ccx(quantum_reg[8],quantum_reg[9],quantum_reg[14])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[18],quantum_reg[11],quantum_reg[15])
    circuit99.ccx(quantum_reg[12],quantum_reg[13],quantum_reg[16])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[15],quantum_reg[16],quantum_reg[17])
    circuit99.ccx(quantum_reg[14],quantum_reg[17],quantum_reg[10])
    circuit99.ccx(quantum_reg[15],quantum_reg[16],quantum_reg[17])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[12],quantum_reg[13],quantum_reg[16])
    circuit99.ccx(quantum_reg[18],quantum_reg[11],quantum_reg[15])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[8],quantum_reg[9],quantum_reg[14])
    circuit99.ccx(quantum_reg[6],quantum_reg[7],quantum_reg[13])
    circuit99.ccx(quantum_reg[4],quantum_reg[5],quantum_reg[12])
    circuit99.ccx(quantum_reg[2],quantum_reg[3],quantum_reg[11])
    circuit99.ccx(quantum_reg[0],quantum_reg[1],quantum_reg[18])
    
    if(number%2 == 0):
        circuit99.x(quantum_reg[0])
    if(number%4 < 2):
        circuit99.x(quantum_reg[1])
    if(number%8 < 4):
        circuit99.x(quantum_reg[2])
    if(number%16 < 8):
        circuit99.x(quantum_reg[3])
    if(number%32 < 16):
        circuit99.x(quantum_reg[4])
    if(number%64 < 32):
        circuit99.x(quantum_reg[5])
    if(number%128 < 64):
        circuit99.x(quantum_reg[6])
    if(number%256 < 128):
        circuit99.x(quantum_reg[7])
    if(number%512 < 256):
        circuit99.x(quantum_reg[8])
    if(number < 512):
        circuit99.x(quantum_reg[9])

def giant_oracle2(circuit99,quantum_reg):
    numbers=[12,45]
    for number in numbers:
        if(number%2 == 0):
            circuit99.x(quantum_reg[0])
        if(number%4 < 2):
            circuit99.x(quantum_reg[1])
        if(number%8 < 4):
            circuit99.x(quantum_reg[2])
        if(number%16 < 8):
            circuit99.x(quantum_reg[3])
        if(number%32 < 16):
            circuit99.x(quantum_reg[4])
        if(number%64 < 32):
            circuit99.x(quantum_reg[5])
        if(number%128 < 64):
            circuit99.x(quantum_reg[6])
        if(number%256 < 128):
            circuit99.x(quantum_reg[7])
        if(number%512 < 256):
            circuit99.x(quantum_reg[8])
        if(number < 512):
            circuit99.x(quantum_reg[9])

        circuit99.ccx(quantum_reg[0],quantum_reg[1],quantum_reg[18])
        circuit99.ccx(quantum_reg[2],quantum_reg[3],quantum_reg[11])
        circuit99.ccx(quantum_reg[4],quantum_reg[5],quantum_reg[12])
        circuit99.ccx(quantum_reg[6],quantum_reg[7],quantum_reg[13])
        circuit99.ccx(quantum_reg[8],quantum_reg[9],quantum_reg[14])

        circuit99.ccx(quantum_reg[18],quantum_reg[11],quantum_reg[15])
        circuit99.ccx(quantum_reg[12],quantum_reg[13],quantum_reg[16])

        circuit99.ccx(quantum_reg[15],quantum_reg[16],quantum_reg[17])
        circuit99.ccx(quantum_reg[14],quantum_reg[17],quantum_reg[10])
        circuit99.ccx(quantum_reg[15],quantum_reg[16],quantum_reg[17])

        circuit99.ccx(quantum_reg[12],quantum_reg[13],quantum_reg[16])
        circuit99.ccx(quantum_reg[18],quantum_reg[11],quantum_reg[15])

        circuit99.ccx(quantum_reg[8],quantum_reg[9],quantum_reg[14])
        circuit99.ccx(quantum_reg[6],quantum_reg[7],quantum_reg[13])
        circuit99.ccx(quantum_reg[4],quantum_reg[5],quantum_reg[12])
        circuit99.ccx(quantum_reg[2],quantum_reg[3],quantum_reg[11])
        circuit99.ccx(quantum_reg[0],quantum_reg[1],quantum_reg[18])

        if(number%2 == 0):
            circuit99.x(quantum_reg[0])
        if(number%4 < 2):
            circuit99.x(quantum_reg[1])
        if(number%8 < 4):
            circuit99.x(quantum_reg[2])
        if(number%16 < 8):
            circuit99.x(quantum_reg[3])
        if(number%32 < 16):
            circuit99.x(quantum_reg[4])
        if(number%64 < 32):
            circuit99.x(quantum_reg[5])
        if(number%128 < 64):
            circuit99.x(quantum_reg[6])
        if(number%256 < 128):
            circuit99.x(quantum_reg[7])
        if(number%512 < 256):
            circuit99.x(quantum_reg[8])
        if(number < 512):
            circuit99.x(quantum_reg[9])

def giant_diffusion(circuit99,quantum_reg):
    for i in range(10):
        circuit99.h(quantum_reg[i])
        circuit99.x(quantum_reg[i])

    circuit99.ccx(quantum_reg[0],quantum_reg[1],quantum_reg[18])
    circuit99.ccx(quantum_reg[2],quantum_reg[3],quantum_reg[11])
    circuit99.ccx(quantum_reg[4],quantum_reg[5],quantum_reg[12])
    circuit99.ccx(quantum_reg[6],quantum_reg[7],quantum_reg[13])
    circuit99.ccx(quantum_reg[8],quantum_reg[9],quantum_reg[14])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[18],quantum_reg[11],quantum_reg[15])
    circuit99.ccx(quantum_reg[12],quantum_reg[13],quantum_reg[16])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[15],quantum_reg[16],quantum_reg[17])
    circuit99.ccx(quantum_reg[14],quantum_reg[17],quantum_reg[10])
    circuit99.ccx(quantum_reg[15],quantum_reg[16],quantum_reg[17])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[12],quantum_reg[13],quantum_reg[16])
    circuit99.ccx(quantum_reg[18],quantum_reg[11],quantum_reg[15])
    
    circuit99.ccx(quantum_reg[8],quantum_reg[9],quantum_reg[14])
    circuit99.ccx(quantum_reg[6],quantum_reg[7],quantum_reg[13])
    circuit99.ccx(quantum_reg[4],quantum_reg[5],quantum_reg[12])
    circuit99.ccx(quantum_reg[2],quantum_reg[3],quantum_reg[11])
    circuit99.ccx(quantum_reg[0],quantum_reg[1],quantum_reg[18])

    for i in range(10):
        circuit99.x(quantum_reg[i])
        circuit99.h(quantum_reg[i])
    
    circuit99.x(quantum_reg[10])


def Uf(circuit,qreg):
	circuit.ccx(qreg[0],qreg[1],qreg[2])
	
def Uf_8(circuit,quantum_reg):
	circuit.x(quantum_reg[2])
	circuit.ccx(quantum_reg[2],quantum_reg[1],quantum_reg[4])
	circuit.ccx(quantum_reg[4],quantum_reg[0],quantum_reg[3])
	circuit.ccx(quantum_reg[2],quantum_reg[1],quantum_reg[4])
	circuit.x(quantum_reg[2])