Jak odeslat obvod Cirq do Azure Quantum

Zjistěte, jak odeslat kvantový okruh Cirq pomocí podmodulu qdk.azure.cirqPython. Okruhy Cirq můžete do Azure Quantum odesílat pomocí sady Microsoft Quantum Development Kit (QDK) a Jupyter Notebook v editoru Visual Studio Code (VS Code) z místního počítače.

Další informace najdete v tématu Kvantové obvody.

Požadavky

Podrobnosti o instalaci najdete v tématu Nastavení rozšíření QDK.

• Pracovní prostor Azure Quantum ve vašem předplatném Azure Pokud chcete vytvořit pracovní prostor, přečtěte si téma Vytvoření pracovního prostoru Azure Quantum.

• Prostředí Python s nainstalovaným Python nástrojem Pip .

• VS Code s nainstalovanými rozšířeními QDKPython a Jupyter.

• Knihovna qdkPython s rozšířeními azure a cirq a balíčkem ipykernel.

  python -m pip install --upgrade "qdk[azure,cirq]" ipykernel 
  

  Poznámka:

  Pokud se nerozpoznalo jádro Python Jupyteripykernel, nástroj VS Code vás vyzve k jeho instalaci.

Vytvoření nového poznámkového bloku Jupyter

1. Ve VS Code otevřete nabídku Zobrazení a zvolte Paleta příkazů.
2. Zadejte a vyberte Vytvořit: Nový poznámkový blok Jupyter.
3. VS Code zjistí a zobrazí verzi Python a virtuální Python prostředí vybrané pro poznámkový blok. Pokud máte více Python prostředí, možná budete muset vybrat jádro pomocí nástroje pro výběr jádra v pravém horním rohu. Pokud nebylo zjištěno žádné prostředí, informace o nastavení najdete v poznámkových blocích Jupyter v editoru VS Code .

Načtení požadovaných importů

V první buňce poznámkového bloku spusťte následující kód, který načte požadované importy:

from qdk.azure import Workspace
from qdk.azure.cirq import AzureQuantumService

Připojení ke službě Azure Quantum

Pokud se chcete připojit ke službě Azure Quantum, váš program potřebuje ID prostředku vašeho pracovního prostoru Azure Quantum.

1. Přihlaste se ke svému účtu Azure, https://portal.azure.com
2. Vyberte pracovní prostor Azure Quantum a přejděte na Přehled.
3. Zkopírujte hodnotu v poli ID zdroje .

Přidejte novou buňku a pomocí informací o účtu vytvořte Workspace a AzureQuantumService objekty pro připojení k pracovnímu prostoru Azure Quantum.

workspace = Workspace(resource_id="") # Add the resource ID of your workspace

service = AzureQuantumService(workspace)

Zobrazit seznam všech targets

targets()Pomocí této metody můžete vytvořit seznam všech položek ve vašem pracovním prostorutargets, které mohou spouštět váš okruh, včetně aktuálního času ve frontě a dostupnosti.

Poznámka:

targets V seznamu nemusí být uvedena všechna data ve vašem pracovním prostoru – pouze okruhy, které jsou schopné přijmout Cirq nebo OpenQASM, budou zde uvedené.

print(service.targets())

[<Target name="quantinuum.qpu.h2-1", avg. queue time=0 s, Degraded>,
<Target name="quantinuum.sim.h2-1sc", avg. queue time=1 s, Available>,
<Target name="quantinuum.sim.h2-1e", avg. queue time=40 s, Available>,
<Target name="ionq.simulator", avg. queue time=3 s, Available>,
<Target name="ionq.qpu.aria-1", avg. queue time=1136774 s, Available>]

Vytvořte jednoduchý okruh

Dále vytvořte jednoduchý okruh Cirq, který se má spustit. Tento okruh používá bránu sqrt(X), která je nativní pro hardwarový systém IonQ.

import cirq

q0, q1 = cirq.LineQubit.range(2)
circuit = cirq.Circuit(
    cirq.X(q0)**0.5,             # Square root of X
    cirq.CX(q0, q1),              # CNOT
    cirq.measure(q0, q1, key='b') # Measure both qubits
)
print(circuit)

0: ───X^0.5───@───M────────
              │   │
1: ───────────X───M────────

Vyberte target, abyste spustili svůj program.

IonQ

Spustit na simulátoru IonQ

Program teď můžete spustit prostřednictvím služby Azure Quantum a získat výsledek. Následující buňka odešle úlohu (do výchozího simulátoru IonQ), která spouští okruh s 100 snímky, čeká na dokončení úlohy a vrátí výsledky.

result = service.run(program=circuit, repetitions=100, target="ionq.simulator")

Vrátí to objekt cirq.Result.

print(result)

    b=1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010, 1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010

Odhad nákladů na úlohu

Před spuštěním úlohy v QPU byste měli odhadnout, kolik bude stát spuštění.

Nejaktuálnější podrobnosti o cenách najdete tak, že navštivte Ceny IonQ nebo najděte svůj pracovní prostor a zobrazte možnosti cen na kartě 'Poskytovatel' vašeho pracovního prostoru prostřednictvím: aka.ms/aq/myworkspaces.

Spuštění v QPU IonQ

Předchozí úloha se spustila ve výchozím simulátoru "ionq.simulator". Můžete ho ale spustit také na hardwarovém procesoru IonQ (QPU ( Quantum Processor Unit ). Pokud chcete spustit na QPU IonQ, zadejte "ionq.qpu.aria-1" jako target argument:

result = service.run(
    program=circuit,
    repetitions=100,
    target="ionq.qpu.aria-1",
    timeout_seconds=500 # Set timeout to accommodate queue time on QPU
)

Opět vrátí objekt cirq.Result.

print(result)

b=0101011011011111100001011101101011011110100010000000011110111000100100110110101100110001001111101111, 0101011011011111100001011101101011011110100010000000011110111000100100110110101100110001001111101111

Asynchronní model s využitím úloh

U dlouhotrvajících okruhů může být užitečné je spouštět asynchronně. Metoda service.create_job vrátí Job objekt, který můžete použít k získání výsledků po úspěšném spuštění úlohy.

job = service.create_job(
    program=circuit,
    repetitions=100,
    target="ionq.simulator"
)

Pokud chcete zkontrolovat stav úlohy, použijte job.status():

print(job.status())

'completed'

Pokud chcete počkat na dokončení úlohy a pak získat výsledky, použijte blokující volání job.results():

result = job.results()
print(result)

00: 0.5
11: 0.5

Všimněte si, že to nevrací cirq.Result objekt. Místo toho vrátí objekt výsledků, který je specifický pro simulátor IonQ a místo dat z jednotlivých pokusů používá pravděpodobnosti stavu.

type(result)

cirq_ionq.results.SimulatorResult

Chcete-li tento objekt převést na cirq.Result objekt, použijte result.to_cirq_result():

print(result.to_cirq_result())

b=1110101111111110111000011101011111001100010000001011011101001111001111001101100111010000001100011100, 1110101111111110111000011101011111001100010000001011011101001111001111001101100111010000001100011100

Quantinuum

Spusťte na simulátoru Quantinuum

Program teď můžete spustit prostřednictvím služby Azure Quantum a získat výsledek. Následující buňka odešle úlohu, která spustí okruh s 100 snímky, počká na dokončení úlohy a vrátí výsledky.

result = service.run(program=circuit, repetitions=100, target="quantinuum.sim.h2-1sc")

Vrátí to objekt cirq.Result.

print(result)

    b=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

Výsledky můžete vykreslit v histogramu:

import pylab as pl

pl.hist(result.data)
pl.ylabel("Counts")
pl.xlabel("Result")

Při pohledu na histogram si můžete všimnout, že generátor náhodných čísel vrátil 0 pokaždé, což není příliš náhodné. Je to proto, že zatímco validátor rozhraní API zajišťuje úspěšné spuštění kódu na hardwaru Quantinuum, vrátí také hodnotu 0 pro každé kvantové měření. Pro skutečný generátor náhodných čísel musíte spustit okruh na kvantovém hardwaru.

Odhad nákladů na úlohu

Před spuštěním úlohy v QPU byste měli odhadnout, kolik bude stát spuštění.

Nejaktuálnější podrobnosti o cenách najdete v tématu Ceny služby Azure Quantum nebo vyhledejte svůj pracovní prostor a na kartě Poskytovatel vašeho pracovního prostoru si prohlédněte cenové možnosti prostřednictvím: aka.ms/aq/myworkspaces.

Asynchronní pracovní postup s využitím úloh

U dlouhotrvajících okruhů může být užitečné je spouštět asynchronně. Metoda service.create_job vrátí Job objekt, který můžete použít k získání výsledků po úspěšném spuštění úlohy.

job = service.create_job(
    program=circuit,
    repetitions=100,
    target="quantinuum.sim.h2-1sc"
)

Pokud chcete zkontrolovat stav úlohy, použijte job.status():

print(job.status())

'Waiting'

Pokud chcete počkat na dokončení úlohy a pak získat výsledky, použijte blokující volání job.results():

result = job.results()
print(result)

    {'m_b': ['00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00']}

Všimněte si, že to nevrací cirq.Result objekt. Místo toho vrátí slovník výsledků měření bitového řetězce indexovaný podle měrného klíče.

Důležité

Odesílání více okruhů v jedné úloze momentálně není podporováno. Jako alternativní řešení můžete volat metodu backend.run pro asynchronní odeslání každého okruhu a pak načíst výsledky každé úlohy. Příklad:

jobs = []
for circuit in circuits:
    jobs.append(backend.run(circuit, shots=N))

results = []
for job in jobs:
    results.append(job.result())

Související obsah

• Rychlý start: Odeslání okruhu pomocí Qiskitu do Azure Quantum
• Rychlý Start: Odeslání kvantového obvodu v poskytovatelem specifickém formátu do Azure Quantum