Rychlý start: Odeslání okruhu pomocí Qiskitu do Azure Quantum

Článek
09/27/2023

Poznámka

Příklady v tomto tématu používají sadu Microsoft Quantum Development Kit (Classic QDK) a zatím nejsou kompatibilní se sadou Azure Quantum Development Kit Preview (Moderní sada QDK). Další informace o moderní sadě QDK najdete na wikiwebu QSharp Na GitHubu.

Zjistěte, jak pomocí azure-quantumPython balíčku odeslat kvantové obvody Qiskit do kvantových výpočtů target IonQ, Quantinuum nebo Rigetti prostřednictvím služby Azure Quantum. Další informace najdete v tématu Kvantové obvody.

Požadavky

Účet Azure s aktivním předplatným. Vytvořte si zdarma účet.
Vytvořte pracovní prostor Azure Quantum. Další informace najdete v tématu Vytvoření pracovního prostoru Azure Quantum.
Nainstalujte nejnovější azure-quantumPython balíček pomocí značky [qiskit].

Poznámka

Před instalací nebo aktualizací balíčku azure-quantum odinstalujte na svém počítači všechny verze pyqir, pyqir-* a qiskit-qir, abyste se vyhnuli konfliktům závislostí.
Tip

Pokud používáte Miniconda nebo Anaconda, můžete volitelně vytvořit nové prostředí stažením souboru environment.yml a spuštěním následujícího příkazu:
```
conda env create -f environment.yml
```
Tím se vytvoří nové prostředí Conda, které můžete aktivovat pomocí následujícího příkazu:
```
conda activate azurequantum
```
Spusťte svůj oblíbený editor kódu nebo interaktivní Python nástroj, jako je VS Code, Jupyter nebo iPython.

Poznámka

Příklady v tomto rychlém startu používají prostředí Jupyter Notebook. Z prostředí Conda spusťte Jupyter Notebookpříkaz .

Načtení požadovaných importů

V aplikaci Jupyter Notebooks vytvořte nový poznámkový blok, který používá Python jádro 3 . V první buňce spusťte následující kód, který načte požadované importy:

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.visualization import plot_histogram
from qiskit.tools.monitor import job_monitor
from azure.quantum.qiskit import AzureQuantumProvider

Připojení ke službě Azure Quantum

Pro připojení ke službě Azure Quantum bude váš program potřebovat ID prostředku a umístění pracovního prostoru Azure Quantum. Přihlaste se ke svému účtu Azure , https://portal.azure.compřejděte do svého pracovního prostoru Azure Quantum a zkopírujte hodnoty z hlavičky.

Načtení ID prostředku a umístění z pracovního prostoru Azure Quantum

Vložte hodnoty do následujícího AzureQuantumProvider konstruktoru a vytvořte provider objekt, který se připojí k vašemu pracovnímu prostoru Azure Quantum.

provider = AzureQuantumProvider(
  resource_id="",
  location=""
)

Vypsat všechny back-endy

Teď můžete vytisknout všechny back-endy kvantových výpočtů, které jsou k dispozici ve vašem pracovním prostoru:

print("This workspace's targets:")
for backend in provider.backends():
    print("- " + backend.name())

This workspace's targets:
- ionq.qpu
- ionq.qpu.aria-1
- ionq.simulator
- microsoft.estimator
- quantinuum.hqs-lt-s1
- quantinuum.hqs-lt-s1-apival
- quantinuum.hqs-lt-s2
- quantinuum.hqs-lt-s2-apival
- quantinuum.hqs-lt-s1-sim
- quantinuum.hqs-lt-s2-sim
- quantinuum.qpu.h1-1
- quantinuum.sim.h1-1sc
- quantinuum.qpu.h1-2
- quantinuum.sim.h1-2sc
- quantinuum.sim.h1-1e
- quantinuum.sim.h1-2e
- rigetti.sim.qvm
- rigetti.qpu.aspen-11
- rigetti.qpu.aspen-m-2
- rigetti.qpu.aspen-m-3

Spuštění jednoduchého okruhu

Nejprve vytvořte jednoduchý okruh Qiskit, který se má spustit.

# Create a Quantum Circuit acting on the q register
circuit = QuantumCircuit(3, 3)
circuit.name = "Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit"
circuit.h(0)
circuit.cx(0, 1)
circuit.cx(1, 2)
circuit.measure([0,1,2], [0, 1, 2])

# Print out the circuit
circuit.draw()

     ┌───┐          ┌─┐      
q_0: ┤ H ├──■───────┤M├──────
     └───┘┌─┴─┐     └╥┘┌─┐   
q_1: ─────┤ X ├──■───╫─┤M├───
          └───┘┌─┴─┐ ║ └╥┘┌─┐
q_2: ──────────┤ X ├─╫──╫─┤M├
               └───┘ ║  ║ └╥┘
c: 3/════════════════╩══╩══╩═
                     0  1  2

Pokud chcete rychle získat výsledek zpět, pomocí příkazu provider.get_backend vytvořte Backend objekt pro připojení k back-endu simulátoru IonQ:

simulator_backend = provider.get_backend("ionq.simulator")

Back-endy IonQ podporují brány z definované sady bran, které se kompilují tak, aby běžely optimálně na hardwaru. Pokud váš okruh obsahuje brány, které nejsou v tomto seznamu, budete muset provést transpilování do podporované sady bran pomocí transpile funkce poskytované službou Qiskit:

from qiskit import transpile
circuit = transpile(circuit, simulator_backend)

Tím se vrátí nový objekt okruhu, kde jsou brány rozloženy na brány, které jsou podporovány zadaným back-endem.

Teď můžete program spustit prostřednictvím služby Azure Quantum a získat výsledek. Následující buňka odešle úlohu, která spustí okruh se 100 snímky:

job = simulator_backend.run(circuit, shots=100)
job_id = job.id()
print("Job id", job_id)

Job id 00000000-0000-0000-0000-000000000000

Pokud chcete monitorovat průběh úlohy, můžete pomocí dříve importované sady Qiskit job_monitor sledovat stav úlohy. Toto volání se zablokuje, dokud se úloha neskonví:

job_monitor(job)

Job Status: job has successfully run

Pokud chcete počkat na dokončení úlohy a vrátit výsledky, spusťte:

result = job.result()

Tím se vrátí qiskit.Result objekt .

type(result)

qiskit.result.result.Result

print(result)

Result(backend_name='ionq.simulator', backend_version='1', qobj_id='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit', job_id='00000000-0000-0000-0000-000000000000', success=True, results=[ExperimentResult(shots=100, success=True, meas_level=2, data=ExperimentResultData(counts={'000': 50, '111': 50}, probabilities={'000': 0.5, '111': 0.5}), header=QobjExperimentHeader(meas_map='[0, 1, 2]', name='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit', num_qubits='3', qiskit='True'))])

Vzhledem k tomu, že výsledek je objekt nativní pro balíček Qiskit, můžete k vizualizaci výsledků použít Qiskit result.get_counts a plot_histogram . Abyste měli jistotu, že jsou znázorněné všechny možné popisky bitových řetězců, přidejte je do counts.

counts = {format(n, "03b"): 0 for n in range(8)}
counts.update(result.get_counts(circuit))
print(counts)
plot_histogram(counts)

{'000': 50, '001': 0, '010': 0, '011': 0, '100': 0, '101': 0, '110': 0, '111': 50}

Výsledek okruhu Qiskit na simulátoru IonQ

Odhad nákladů na úlohu

Před spuštěním úlohy na QPU můžete odhadnout, kolik bude jeho spuštění stát. K odhadu nákladů na spuštění úlohy na QPU můžete použít metodu estimate_cost :

backend = provider.get_backend("ionq.qpu")
cost = backend.estimate_cost(circuit, shots=1024)

print(f"Estimated cost: {cost.estimated_total}")

Tím se zobrazí odhadované náklady v USD.

Nejnovější podrobnosti o cenách najdete v tématu Ceny ionQ nebo vyhledejte svůj pracovní prostor a zobrazte cenové možnosti na kartě Poskytovatel vašeho pracovního prostoru prostřednictvím : aka.ms/aq/myworkspaces.

Spuštění na IonQ QPU

Pokud se chcete připojit ke skutečnému hardwaru ( QPU( Quantum Processor Unit ), jednoduše zadejte název target"ionq.qpu"provider.get_backend metody :

qpu_backend = provider.get_backend("ionq.qpu")

Odešlete okruh ke spuštění v Azure Quantum.

Poznámka

Doba potřebná ke spuštění okruhu na QPU se může lišit v závislosti na aktuální době fronty.

Stejně jako předtím použijte job_monitor ke sledování stavu úlohy a plot_histogram k vykreslení výsledků.

# Submit the circuit to run on Azure Quantum
qpu_job = qpu_backend.run(circuit, shots=1024)
job_id = qpu_job.id()
print("Job id", job_id)

# Monitor job progress and wait until complete:
job_monitor(qpu_job)

# Get the job results (this method also waits for the Job to complete):
result = qpu_job.result()
print(result)
counts = {format(n, "03b"): 0 for n in range(8)}
counts.update(result.get_counts(circuit))
print(counts)
plot_histogram(counts)

Job id 00000000-0000-0000-0000-000000000000
Job Status: job has successfully run
Result(backend_name='ionq.simulator', backend_version='1', qobj_id='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit', job_id='00000000-0000-0000-0000-000000000000', success=True, results=[ExperimentResult(shots=1024, success=True, meas_level=2, data=ExperimentResultData(counts={'0': 505, '1': 6, '2': 1, '3': 1, '4': 1, '5': 10, '6': 11, '7': 488}, probabilities={'0': 0.4932, '1': 0.0059, '2': 0.001, '3': 0.001, '4': 0.001, '5': 0.0098, '6': 0.0117, '7': 0.4766}), header=QobjExperimentHeader(name='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit', num_qubits='3', qiskit='True'))])
{'000': 505, '001': 6, '010': 1, '011': 1, '100': 1, '101': 10, '110': 11, '111': 488}

Výsledek okruhu Qiskit na QPU IonQ

Načtení požadovaných importů

V aplikaci Jupyter Notebooks vytvořte nový poznámkový blok, který používá Python jádro 3 . V první buňce spusťte následující kód, který načte požadované importy:

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.visualization import plot_histogram
from qiskit.tools.monitor import job_monitor
from azure.quantum.qiskit import AzureQuantumProvider

Připojení ke službě Azure Quantum

Načtení ID prostředku a umístění z pracovního prostoru Azure Quantum

Vložte hodnoty do následujícího AzureQuantumProvider konstruktoru a vytvořte provider objekt, který se připojí k vašemu pracovnímu prostoru Azure Quantum.

provider = AzureQuantumProvider(
  resource_id="",
  location=""
)

Vypsat všechny back-endy

Poznámka

Nedávno target se změnily názvy pro nástroje Quantinuum Syntax Checker, Emulators a QPU. Aktualizované názvy se používají v tomto tématu. Podrobnosti najdete v tématu o poskytovateli Quantinuum .

Teď můžete vytisknout všechny back-endy kvantových výpočtů, které jsou k dispozici ve vašem pracovním prostoru:

print("This workspace's targets:")
for backend in provider.backends():
    print("- " + backend.name())

This workspace's targets:
- ionq.qpu
- ionq.qpu.aria-1
- ionq.simulator
- microsoft.estimator
- quantinuum.hqs-lt-s1
- quantinuum.hqs-lt-s1-apival
- quantinuum.hqs-lt-s2
- quantinuum.hqs-lt-s2-apival
- quantinuum.hqs-lt-s1-sim
- quantinuum.hqs-lt-s2-sim
- quantinuum.qpu.h1-1
- quantinuum.sim.h1-1sc
- quantinuum.qpu.h1-2
- quantinuum.sim.h1-2sc
- quantinuum.sim.h1-1e
- quantinuum.sim.h1-2e
- rigetti.sim.qvm
- rigetti.qpu.aspen-11
- rigetti.qpu.aspen-m-2
- rigetti.qpu.aspen-m-3

Spuštění v nástroji pro kontrolu syntaxe

Pokud chcete program před spuštěním na hardwaru otestovat, nejprve ho spusťte v nástroji pro kontrolu syntaxe Quantinuum.

Poznámka

Back-end kontroly syntaxe Quantinuum při měření vždy vrátí hodnotu 0.

# Get Quantinuum's syntax checker backend:
syntax_backend = provider.get_backend("quantinuum.sim.h1-1sc")

# Create a Quantum Circuit acting on the q register
circuit = QuantumCircuit(3, 3)
circuit.name = "Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit"
circuit.h(0)
circuit.cx(0, 1)
circuit.cx(1, 2)
circuit.measure([0,1,2], [0, 1, 2])

# Print out the circuit
circuit.draw()

     ┌───┐          ┌─┐      
q_0: ┤ H ├──■───────┤M├──────
     └───┘┌─┴─┐     └╥┘┌─┐   
q_1: ─────┤ X ├──■───╫─┤M├───
          └───┘┌─┴─┐ ║ └╥┘┌─┐
q_2: ──────────┤ X ├─╫──╫─┤M├
               └───┘ ║  ║ └╥┘
c: 3/════════════════╩══╩══╩═
                     0  1  2

Teď můžete program spustit prostřednictvím služby Azure Quantum a získat výsledek. Následující buňka odešle úlohu, která spustí okruh se 1024 snímky:

# Submit the circuit to run on Azure Quantum
job = syntax_backend.run(circuit, shots=1024)
job_id = job.id()
print("Job id", job_id)

# Monitor job progress and wait until complete:
job_monitor(job)

# Get the job results (this method also waits for the Job to complete):
result = job.result()
print(result)
counts = {format(n, "03b"): 0 for n in range(8)}
counts.update(result.get_counts(circuit))
print(counts)
plot_histogram(counts)

Job id 00000000-0000-0000-0000-000000000000
Job Status: job has successfully run
Result(backend_name='quantinuum.qpu.h1-1sc', backend_version='1', qobj_id='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit', job_id='00000000-0000-0000-0000-000000000000', success=True, results=[ExperimentResult(shots=1024, success=True, meas_level=2, data=ExperimentResultData(counts={'000': 1024}, probabilities={'000': 1.0}), header=QobjExperimentHeader(name='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit'))])
{'000': 1024, '001': 0, '010': 0, '011': 0, '100': 0, '101': 0, '110': 0, '111': 0}

Výsledek okruhu Qiskit v validátoru rozhraní Quantinuum API

Poznámka

Kontrola syntaxe sice zajišťuje úspěšné spuštění kódu na hardwaru Quantinuum, ale vrátí také hodnotu 0 pro každé kvantové měření. Pro skutečné kvantové měření je potřeba spustit okruh na kvantovém hardwaru.

Odhad nákladů na úlohu

Před spuštěním úlohy na QPU můžete odhadnout, kolik bude jeho spuštění stát. K odhadu nákladů na spuštění úlohy na QPU můžete použít metodu estimate_cost :

qpu_backend = provider.get_backend("quantinuum.qpu.h1-1")
cost = qpu_backend.estimate_cost(circuit, shots=1024)

print(f"Estimated cost: {cost.estimated_total}")

Tím se zobrazí odhadované náklady v kreditech H-System Quantum (HQC).

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

Spuštění na QPU Quantinuum

Po úspěšném spuštění validátoru rozhraní API můžete úlohu spustit na jednom z hardwarových procesorů společnosti Quantinuum ( QPU )).

Poznámka

Doba potřebná ke spuštění okruhu na QPU se může lišit v závislosti na aktuální době fronty.

# Get Quantinuum's QPU backend:
qpu_backend = provider.get_backend("quantinuum.qpu.h1-1")

# Submit the circuit to run on Azure Quantum
job = qpu_backend.run(circuit, shots=1024)
job_id = job.id()
print("Job id", job_id)

# Monitor job progress and wait until complete:
job_monitor(job)

Job id 00000000-0000-0000-0000-000000000000
Job Status: job has successfully run

# Get the job results (this method also waits for the Job to complete):
result = job.result()
print(result)
counts = {format(n, "03b"): 0 for n in range(8)}
counts.update(result.get_counts(circuit))
print(counts)
plot_histogram(counts)

Result(backend_name='quantinuum.qpu.h1-1', backend_version='1', qobj_id='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit', job_id='00000000-0000-0000-0000-000000000000', success=True, results=[ExperimentResult(shots=1024, success=True, meas_level=2, data=ExperimentResultData(counts={'011': 16, '010': 5, '001': 1, '000': 500, '111': 471, '101': 6, '100': 17, '110': 8}, probabilities={'011': 0.015625, '010': 0.0048828125, '001': 0.0009765625, '000': 0.48828125, '111': 0.4599609375, '101': 0.005859375, '100': 0.0166015625, '110': 0.0078125}), header=QobjExperimentHeader(name='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit'))])
{'000': 500, '001': 1, '010': 5, '011': 16, '100': 17, '101': 6, '110': 8, '111': 471}

Výsledek okruhu Qiskit na Quantinuum QPU

Načtení požadovaných importů

V aplikaci Jupyter Notebooks vytvořte nový poznámkový blok, který používá Python jádro 3 . V první buňce spusťte následující kód, který načte požadované importy:

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.visualization import plot_histogram
from qiskit.tools.monitor import job_monitor
from azure.quantum.qiskit import AzureQuantumProvider

Připojení ke službě Azure Quantum

Načtení ID prostředku a umístění z pracovního prostoru Azure Quantum

Vložte hodnoty do následujícího AzureQuantumProvider konstruktoru a vytvořte provider objekt, který se připojí k vašemu pracovnímu prostoru Azure Quantum.

provider = AzureQuantumProvider(
  resource_id="",
  location=""
)

Vypsat všechny back-endy

Teď můžete vytisknout všechny back-endy kvantových výpočtů, které jsou k dispozici ve vašem pracovním prostoru:

print("This workspace's targets:")
for backend in provider.backends():
    print("- " + backend.name())

This workspace's targets:
- ionq.qpu
- ionq.qpu.aria-1
- ionq.simulator
- microsoft.estimator
- quantinuum.hqs-lt-s1
- quantinuum.hqs-lt-s1-apival
- quantinuum.hqs-lt-s2
- quantinuum.hqs-lt-s2-apival
- quantinuum.hqs-lt-s1-sim
- quantinuum.hqs-lt-s2-sim
- quantinuum.qpu.h1-1
- quantinuum.sim.h1-1sc
- quantinuum.qpu.h1-2
- quantinuum.sim.h1-2sc
- quantinuum.sim.h1-1e
- quantinuum.sim.h1-2e
- rigetti.sim.qvm
- rigetti.qpu.aspen-11
- rigetti.qpu.aspen-m-2
- rigetti.qpu.aspen-m-3

Spuštění na simulátoru QVM

Pokud chcete program před spuštěním na hardwaru otestovat, nejprve ho spusťte v simulátoru Rigetti QVM.

# Get Rigetti's QVM simulator backend:
qvm_backend = provider.get_backend("rigetti.sim.qvm")

# Create a Quantum Circuit acting on the q register
circuit = QuantumCircuit(3, 3)
circuit.name = "Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit"
circuit.h(0)
circuit.cx(0, 1)
circuit.cx(1, 2)
circuit.measure([0,1,2], [0, 1, 2])

# Print out the circuit
circuit.draw()

     ┌───┐          ┌─┐      
q_0: ┤ H ├──■───────┤M├──────
     └───┘┌─┴─┐     └╥┘┌─┐   
q_1: ─────┤ X ├──■───╫─┤M├───
          └───┘┌─┴─┐ ║ └╥┘┌─┐
q_2: ──────────┤ X ├─╫──╫─┤M├
               └───┘ ║  ║ └╥┘
c: 3/════════════════╩══╩══╩═
                     0  1  2

Teď můžete program spustit prostřednictvím služby Azure Quantum a získat výsledek. Následující buňka odešle úlohu, která spustí okruh se 1024 snímky:

# Submit the circuit to run on Azure Quantum
job = qvm_backend.run(circuit, shots=1024)
job_id = job.id()
print("Job id", job_id)

# Monitor job progress and wait until complete:
job_monitor(job)

# Get the job results (this method also waits for the Job to complete):
result = job.result()
print(result)
counts = {format(n, "03b"): 0 for n in range(8)}
counts.update(result.get_counts(circuit))
print(counts)
plot_histogram(counts)

Job id 00000000-0000-0000-0000-000000000000
Job Status: job has successfully run
Result(backend_name='rigetti.sim.qvm"', backend_version='1', qobj_id='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit', job_id='00000000-0000-0000-0000-000000000000', success=True, results=[ExperimentResult(shots=1024, success=True, meas_level=2, data=ExperimentResultData(counts={'000': 1024}, probabilities={'000': 1.0}), header=QobjExperimentHeader(name='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit'))])
{'000': 1024, '001': 0, '010': 0, '011': 0, '100': 0, '101': 0, '110': 0, '111': 0}

Výsledek okruhu Qiskit na simulátoru QVM Rigetti

Spuštění na QPU Rigetti

Po úspěšném spuštění na simulátoru QVM můžete úlohu spustit na jednom z hardwarových procesorů společnosti Rigetti ( QPU )).

Poznámka

Doba potřebná ke spuštění okruhu na QPU se může lišit v závislosti na aktuální době fronty.

# Get Rigetti's QPU backend:
qpu_backend = provider.get_backend("rigetti.qpu.aspen-m-3")

# Submit the circuit to run on Azure Quantum
job = qpu_backend.run(circuit, shots=500)
job_id = job.id()
print("Job id", job_id)

# Monitor job progress and wait until complete:
job_monitor(job)

Job id 00000000-0000-0000-0000-000000000000
Job Status: job has successfully run

# Get the job results (this method also waits for the Job to complete):
result = job.result()
print(result)
counts = {format(n, "03b"): 0 for n in range(8)}
counts.update(result.get_counts(circuit))
print(counts)
plot_histogram(counts)

Result(backend_name='rigetti.qpu.aspen-m-3', backend_version='1', qobj_id='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit', job_id='00000000-0000-0000-0000-000000000000', success=True, results=[ExperimentResult(shots=1024, success=True, meas_level=2, data=ExperimentResultData(counts={'011': 16, '010': 5, '001': 1, '000': 500, '111': 471, '101': 6, '100': 17, '110': 8}, probabilities={'011': 0.015625, '010': 0.0048828125, '001': 0.0009765625, '000': 0.48828125, '111': 0.4599609375, '101': 0.005859375, '100': 0.0166015625, '110': 0.0078125}), header=QobjExperimentHeader(name='Qiskit Sample - 3-qubit GHZ circuit'))])
{'000': 500, '001': 1, '010': 5, '011': 16, '100': 17, '101': 6, '110': 8, '111': 471}

Výsledek okruhu Qiskit na Rigetti QPU

Důležité

Odesílání více okruhů v jedné úloze se v současné době nepodporuje. Jako alternativní řešení můžete volat metodu backend.run , která asynchronně odešle každý okruh a pak načte výsledky jednotlivých úloh. Příklad:

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

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

Rychlý start: Odeslání okruhu pomocí Qiskitu do Azure Quantum

Požadavky

Načtení požadovaných importů

Připojení ke službě Azure Quantum

Vypsat všechny back-endy

Spuštění jednoduchého okruhu

Odhad nákladů na úlohu

Spuštění na IonQ QPU

Načtení požadovaných importů

Připojení ke službě Azure Quantum

Vypsat všechny back-endy

Spuštění v nástroji pro kontrolu syntaxe

Odhad nákladů na úlohu

Spuštění na QPU Quantinuum

Načtení požadovaných importů

Připojení ke službě Azure Quantum

Vypsat všechny back-endy

Spuštění na simulátoru QVM

Spuštění na QPU Rigetti

Další materiály

Další materiály