Sdílet prostřednictvím

Poskytovatel IonQ

Kvantové počítače IonQ provádějí výpočty tím, že manipulují s hyperfinovými stavy energie iontů Ytterbium lasery. Atomy jsou qubity přírody – každý qubit je v rámci programů a mezi programy identický. Logické operace lze provádět také na libovolné dvojici qubitů, což umožňuje komplexní kvantové programy bez omezení fyzického připojení. Potřebujete více informací? Přečtěte si přehled technologie kvantových počítačů s uvězněnými ionty od společnosti IonQ.

  • Vydavatel: IonQ
  • ID zprostředkovatele: ionq

Od tohoto poskytovatele jsou k dispozici následující targets možnosti:

Cílový název ID cíle Počet qubitů Popis
Kvantový simulátor ionq.simulator 29 qubitů Cloudový idealizovaný simulátor IonQ. Zdarma.
IonQ Aria 1 ionq.qpu.aria-1 25 qubitů Kvantový počítač IonQ Aria s technologii zachycovaných iontů.
IonQ Aria 2 ionq.qpu.aria-2 25 qubitů Kvantový počítač IonQ Aria s technologii zachycovaných iontů.
IonQ Forte ionq.qpu.forte 32 qubitů Kvantový počítač s uvězněnými ionty Forte společnosti IonQ. K dispozici pouze v privátní verzi Preview.

IonQ targets odpovídá QIR Base profilu. Další informace o tomto target profilu a jeho omezeních najdete v tématu Principy target typů profilů ve službě Azure Quantum.

Kvantový simulátor

Idealizovaný simulátor akcelerovaný pomocí GPU, podporující až 29 qubitů, používající stejnou sadu hradel, jakou poskytuje IonQ na svém kvantovém hardwaru—skvělé místo pro předběžnou kontrolu úloh před jejich spuštěním na skutečném kvantovém počítači.

  • Typ úlohy: Simulation
  • Formát dat: ionq.circuit.v1
  • ID cíle: ionq.simulator
  • Profil provádění cíle: QIR Base

Kvantový počítač IonQ Aria

IonQ Aria je vlajkovou lodí kvantových počítačů IonQ s dynamicky rekonfigurovatelným systémem 25 qubitů. Další informace najdete v tématu IonQ Aria (ionq.com).

Důležité

Debiasing je ve výchozím nastavení povolený v systémech Aria a odeslané úlohy podléhají cenám založeným na debiasingu. Další informace o debiasingu a o tom, jak službu zakázat nebo povolit, najdete v tématu Zmírnění chyb.

  • Typ úlohy: Quantum Program
  • Formát dat: ionq.circuit.v1
  • ID cíle: ionq.qpu.aria-1, ionq.qpu.aria-2
  • Profil provádění cíle: QIR Base
Název parametru Typ Požadováno Popis
shots int (integer) Ne Počet experimentálních snímků

Časování systému

Měření Průměrná doba trvání
T1 10-100 sekund
T2 1 s
Brána s jedním qubitem 135 μs
Dvouqubitová brána 600 μs

Věrnost systému

Operace Průměrná věrnost
Brána s jedním qubitem 99,95 % (spam opravený)
Dvouqubitová brána 99,6 % (bez korekce spamu)
SPAM* 99,61%

* Příprava stavu a měření (SPAM): Toto měření určuje, jak přesně může kvantový počítač nastavit qubit do počátečního stavu a pak změřit výsledek na konci.

IonQ Aria je k dispozici prostřednictvím samostatného fakturačního plánu. Další informace najdete v tématu o cenách Azure Quantum.

Kvantový počítač IonQ Forte

IonQ Forte je nejvýkonnější a komerčně dostupný kvantový počítač IonQ. S 32 qubitovým softwarem konfigurovatelným systémem je IonQ Forte k dispozici ve verzi Private Preview v Azure Quantum. Další informace najdete v tématu IonQ Forte (ionq.com).

Důležité

Debiasing je ve výchozím nastavení povolen v systému Forte a odeslané úlohy podléhají cenám založeným na odstranění zaujatosti. Další informace o debiasingu a o tom, jak službu zakázat nebo povolit, najdete v tématu Zmírnění chyb.

  • Typ úlohy: Quantum Program
  • Formát dat: ionq.circuit.v1
  • ID cíle: ionq.qpu.forte
  • Profil provádění cíle: QIR Base
Název parametru Typ Požadováno Popis
shots int (integer) Ne Počet experimentálních snímků

Vstupní formát

V jazyce Q# je výstup kvantového měření hodnotou typu Result, která může převzít pouze hodnoty Zero a One. Když definujete operaci Q#, dá se odeslat jenom na hardware IonQ, pokud je návratovým typem kolekce Results, tj. pokud je výstupem operace výsledek kvantového měření. Důvodem je to, že IonQ vytvoří histogram z vrácených hodnot, takže omezuje návratový typ tak, aby Result zjednodušil vytváření tohoto histogramu.

IonQ targets odpovídá QIR Base profile. Tento profil nemůže spouštět kvantové operace, které vyžadují použití výsledků z měření qubitu k řízení toku programu.

Výstupní formát

Když odešlete kvantový program do simulátoru IonQ, vrátí histogram vytvořený měřením. Simulátor IonQ nevybere rozdělení pravděpodobnosti vytvořené kvantovým programem, ale místo toho vrátí rozdělení škálované na počet snímků. To je nejvýraznější, když zapnete jednorázový obvod. V histogramu pro jeden snímek uvidíte více výsledků měření. Toto chování je součástí simulátoru IonQ, zatímco QPU IonQ ve skutečnosti spouští program a agreguje výsledky.

Další možnosti

Tady jsou uvedené další možnosti podporované hardwarem IonQ.

Schopnost Popis
Zmírnění chyb Použití debiasingu k minimalizaci šumu a maximalizaci algoritmického výkonu na hardwaru IonQ
Podpora nativních bran Definujte a spusťte obvody přímo na hardwarově nativních branách IonQ
Simulace modelu šumu Simulujte profil šumu, se kterým se okruhy setkají, když je spustíte na různém hardwaru IonQ.

Uživatelé můžou tyto další funkce využít prostřednictvím předávacích parametrů v zprostředkovatelích Azure Quantum Q# a Qiskit.

Zmírnění chyb

IonQ nabízí možnost povolit zmírnění kvantových chyb při odesílání úloh do hardwaru IonQ. Zmírnění chyb je proces na úrovni kompilátoru, který spouští a provádí více symetrických variant okruhu a následně agreguje výsledky, čímž zároveň snižuje dopad chyb hardwaru a dekoherence qubitu. Na rozdíl od technik korekce kvantových chyb nevyžaduje zmírnění chyb velkou režii hradel a qubitů.

Debiasing je proces vytváření mírných variací daného okruhu, který by měl být identický na ideálním bezhlučném počítači, pomocí technik, jako jsou různá přiřazení qubitu, dekompozice bran a impulsní řešení, a následné provádění těchto variací.

Zostření a průměrování jsou možnosti agregace výsledků variant. Průměrování je založeno stejně na všech výsledcích variant, zatímco zaostření filtruje chybné výsledky a může být spolehlivější pro určité typy algoritmů.

Další informace naleznete v tématu Debiasing a Sharpening. Podívejte se na Ceny IonQ pro informace o cenách za zmírnění chyb.

Umožnění zmírnění chyb

Poznámka:

Debiasing je ve výchozím nastavení povolen v systémech Aria a Forte.

V Azure Quantum je možné povolit nebo zakázat zmírnění chyb u úloh odeslaných pomocí Q# nebo Qiskitu.

Pokud chcete povolit zmírnění chyb, přidejte pro počítač volitelný parametr target :


option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    }
}

Pokud chcete zakázat zmírnění chyb, nastavte parametr na False:


option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    }
}

Poznámka:

Pokud používáte také simulaci modelu šumu IonQ, můžete tyto parametry zahrnout do tohoto příkladu:

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    },
    "noise": {
    "model": "aria-1",
    "seed": 100
    }
}

Další informace najdete v tématu Simulace modelu šumu.

Spouštění úlohy na Azure Quantum se zmírněním chyb

Tento příklad používá jednoduchý generátor náhodných čísel.

Nejprve naimportujte požadované balíčky a zahajte základní profil:

import qsharp
import azure.quantum
qsharp.init(target_profile=qsharp.TargetProfile.Base)

Dále definujte funkci.

%%qsharp
import Std.Measurement.*;
import Std.Arrays.*;
import Std.Convert.*;

operation GenerateRandomBit() : Result {
    use target = Qubit();

    // Apply an H-gate and measure.
    H(target);
    return M(target);
}

and compile the operation:

```python
MyProgram = qsharp.compile("GenerateRandomBit()")

Připojte se k Azure Quantum, vyberte target počítač a nakonfigurujte parametry šumu pro emulátor:

MyWorkspace = azure.quantum.Workspace(
    resource_id = "",
    location = ""
)

MyTarget = MyWorkspace.get_targets("ionq.qpu.aria-1")

Zadejte konfiguraci.error-mitigation


option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    }
}

Při odesílání úlohy předejte konfiguraci zmírnění chyb:

job = MyTarget.submit(MyProgram, "Experiment with error mitigation", shots = 10, input_params = option_params)
job.get_results()

V Qiskitu před odesláním úlohy předáte volitelné parametry target konfiguraci počítače:

circuit.name = "Single qubit random - Debias: True"
backend.options.update_options(**option_params)
job = backend.run(circuit, shots=500)

Poznámka:

Pokud parametr nepředáte error-mitigation , target počítač použije výchozí nastavení, které je povolené pro systémy Aria a Forte.

Podpora a využití nativních bran

IonQ ve výchozím nastavení umožňuje určit kvantový okruh pomocí abstraktní sady kvantových bran, které se nazývají qis, což umožňuje flexibilitu a přenositelnost při psaní algoritmu, aniž byste se museli starat o optimalizaci hardwaru.

V některých pokročilých případech použití ale můžete chtít definovat okruh přímo na nativních branách, aby byl blíže hardwaru a tak obejít optimalizaci. Nativní sada bran je sada kvantových bran, které jsou fyzicky spouštěné v kvantovém procesoru, a mapují okruh na ty, které jsou součástí provádění.

Pro více informací viz Začínáme s nativními branami (ionq.com).

Pokud chcete při odesílání úloh Qiskitu do Azure Quantum použít nativní sadu bran, zadáte gateset parametr při inicializaci back-endu jako v následujícím příkladu:

# Here 'provider' is an instance of AzureQuantumProvider
backend = provider.get_backend("ionq.qpu.aria-1", gateset="native")
Název parametru Typ Požadováno Popis
gateset řetězec Ne Určuje sadu bran, které se použijí k definování okruhu. Hodnota qis odpovídá abstraktním branám (výchozí chování) a native hardwarovým nativním branám IonQ.

Další informace o úlohách Qiskit naleznete v části Odeslání okruhu pomocí Qiskit.

Simulace modelu šumu

Dokonce i to nejlepší z dnešního kvantového hardwaru má vlastní šum a znalost charakteristik šumu systému target vám může pomoct upřesnit algoritmy a získat realističtější predikci výsledků při spuštění okruhu na hardwaru. IonQ poskytuje simulaci modelu šumu, která do okruhu zavádí šum s využitím "otisku šumu" specifického pro hardware. Další informace naleznete v tématu Začínáme se simulací modelu hardwarového šumu.

Parametry modelu šumu

Název parametru Hodnoty Popis
noise model, seed Povolí simulaci modelu šumu.
model ideal, aria-1 Určuje model šumu target pro hardware.
  • ideal - Do okruhu se nezavádí žádný hluk. To je stejné jako nepovolování simulace šumu.
  • aria-1 - Používá model šumu pro kvantové počítače IonQ Aria.
seed Celé číslo mezi 1 a $2^{31}$ (2 147 483 648) Umožňuje zadat počáteční hodnotu pro pseudonáhodný šum a vzorkování snímků a vytvářet reprodukovatelné hlučné výsledky. Pokud parametr není zadaný, vytvoří se náhodná seed hodnota.

Pozornost ke snímkům

Simulace modelu šumu zohledňuje počet pokusů; to znamená, že vzorkuje měření z výstupního stavu na základě zadaného počtu pokusů. V Azure Quantum se shots parametr odešle s úlohou a vyžaduje se pro aria-1 modely šumu. Pokud není zadána žádná shot hodnota, použije se výchozí hodnota 1000 . Pokud se použije model šumu idealshots , parametr se ignoruje.

Kapacita qubitu

ideal I když model šumu umožňuje simulovat až 29 qubitů pomocí kvantového simulátoru IonQ, modely šumu specifické pro hardware jsou omezené na skutečnou kapacitu qubitu target hardwaru, což je 25 qubitů pro model šumuaria-1.

Povolení simulace modelu šumu

V Azure Quantum je možné povolit nebo zakázat simulaci modelu šumu pro úlohy odeslané pomocí Q# nebo Qiskitu.

Pokud chcete povolit simulaci modelu šumu target , přidejte pro počítač volitelný parametr, například:


option_params = {
    "noise": {
        "model": "aria-1",   # targets the Aria quantum computer
        "seed" : 1000         # If seed isn't specified, a random value is used  
    }
}

Poznámka:

Pokud také používáte zmírnění chyb IonQ, můžete tyto parametry zahrnout do tohoto příkladu:

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    },
    "noise": {
    "model": "aria-1",
    "seed": 1000
    }
}

Další informace najdete v tématu Zmírnění chyb.

Spuštění úlohy se simulací šumového modelu

Můžete použít stejný ukázkový program zobrazený dříve při zmírnění chyb a přidat nebo nahradit konfiguraci modelu šumu v option_params;

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    },
    "noise": {
    "model": "aria",
    "seed": 1000
    }
}

Po odeslání úlohy pak předejte volitelné parametry:

job = MyTarget.submit(MyProgram, "Experiment with noise model simulation", shots = 10, input_params = option_params)
job.get_results()

V Qiskitu před odesláním úlohy předáte volitelné parametry target konfiguraci počítače:

circuit.name = "Single qubit random - Debias: True"
backend.options.update_options(**option_params)
job = backend.run(circuit, shots=500)

Ceny

Pokud chcete vidět plán fakturace IonQ, navštivte ceny Azure Quantum.

Omezení a kvóty

Kvóty IonQ se sledují na základě jednotky využití QPU, což je qubit-gate-shot (QGS). Využití prostředků je kreditováno vůči vašemu účtu.

Každý kvantový program se skládá z $N$ kvantových logických bran s jedním nebo více kubity a je prováděn pro určitý počet měření. Počet snímků brány se vypočítá následujícím vzorcem:

$$ QGS = N · C $$

kde:

  • $N$ je počet odeslaných jedno- nebo dvou-qubitových bran.
  • $C$ je počet požadovaných snímků spuštění.

Kvóty jsou založené na výběru plánu a je možné je zvýšit pomocí lístku podpory. Pokud chcete zobrazit aktuální limity a kvóty, přejděte do části Operace a vyberte okno Kvóty vašeho pracovního prostoru na webu Azure Portal. Další informace najdete v tématu Kvóty služby Azure Quantum.

Stav IonQ

Informace o zpožděních zpracování úloh QPU IonQ najdete na stránce stavu IonQ.

Graf osvědčených postupů a připojení pro IonQ

Doporučené osvědčené postupy pro QPU IonQ najdete v tématu Osvědčené postupy pro IonQ (ionq.com).