Ausführen mehrerer Konfigurationen von target Parametern mit dem Resource Estimator

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie mehrere Konfigurationen von target Parametern ausführen und diese mit dem Azure Quantum Resource Estimator vergleichen.

Informationen zum Ausführen des Resource Estimators finden Sie unter Verschiedene Methoden zur Verwendung des Resource Estimators.

Voraussetzungen

Die folgenden Voraussetzungen sind erforderlich, um den Resource Estimator auszuführen:

Zum Ausführen Q# von Programmen im Resource Estimator benötigen Sie Folgendes:

• Die neueste Version von Visual Studio Code oder öffnen Sie VS Code im Web.
• Die neueste Version der Azure Quantum Development Kit-Erweiterung . Installationsdetails finden Sie unter Installieren des modernen QDK in VS Code.

Wenn Sie Python in VS Code verwenden möchten, benötigen Sie außerdem Folgendes:

• Installieren Sie die neueste Version von Python und Jupyter-Erweiterungen für VS Code.

• Das neueste Azure Quantum-Paket qsharp .

  python -m pip install --upgrade qsharp 
  

Um Aufträge an den Resource Estimator zu übermitteln, benötigen Sie Folgendes:

• Ein Azure-Konto mit einem aktiven Abonnement. Wenn Sie über kein Azure-Konto verfügen, registrieren Sie sich kostenlos, und registrieren Sie sich für ein Abonnement mit nutzungsbasierter Bezahlung.
• Azure Quantum-Arbeitsbereich Weitere Informationen finden Sie unter Erstellen eines Azure Quantum-Arbeitsbereichs.

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Batchverarbeitung mit dem Resource Estimator

Mit dem Azure Quantum Resource Estimator können Sie Aufträge mit mehreren Konfigurationen von Auftragsparametern (auch als Elemente bezeichnet) als einen einzelnen Auftrag übermitteln, um zu vermeiden, dass mehrere Aufträge im selben Quantenprogramm erneut ausgeführt werden.

Ein Ressourcenschätzungsauftrag besteht aus zwei Typen von Auftragsparametern:

• Zielparameter: Qubitmodell, QEC-Schemas, Fehlerbudget, Einschränkungen auf Komponentenebene und Destillationseinheiten.
• Vorgangsargumente: Argumente, die an das Programm übergeben werden können (wenn der QIR-Einstiegspunkt Argumente enthält).

Ein Element besteht aus einer Konfiguration von Auftragsparametern, d. h. einer Konfiguration von target Parametern und Vorgangsargumenten. Mehrere Elemente werden als Array von Auftragsparametern dargestellt.

Einige Szenarien, in denen Sie möglicherweise mehrere Elemente als einen einzigen Auftrag übermitteln möchten:

• Übermitteln Sie mehrere target Parameter mit denselben Vorgangsargumenten in allen Elementen.
• Übermitteln Sie mehrere target Parameter mit unterschiedlichen Vorgangsargumenten in allen Elementen.
• Vergleichen Sie problemlos mehrere Ergebnisse in einem tabellarischen Format.
• Vergleichen Sie problemlos mehrere Ergebnisse in einem Diagramm.

Batching mit Q#

Wenn Sie die Ressourcen eines Q# Programms schätzen, können Sie mehrere Konfigurationen von target Parametern ausführen, die auch als Batchverarbeitung bezeichnet werden. Die Batchverarbeitung mit Q# kann in einem Jupyter Notebook in VS Code erfolgen.

Sie können eine Batchschätzung durchführen, indem Sie eine Liste von target Parametern an den params Parameter der qsharp.estimate Funktion übergeben. Das folgende Beispiel zeigt, wie zwei Konfigurationen von target Parametern als einzelner Auftrag übermittelt werden. Die erste Konfiguration verwendet die Standardparameter target , und die zweite Konfiguration verwendet den qubit_maj_ns_e6 Qubitparameter und das floquet_code QEC-Schema.

Fügen Sie im gleichen Jupyter Notebook Ihres Q# Programms eine neue Zelle hinzu, und führen Sie den folgenden Code aus:

result_batch = qsharp.estimate("RunProgram()", params=
                [{}, # Default parameters
                {
                    "qubitParams": {
                        "name": "qubit_maj_ns_e6"
                    },
                    "qecScheme": {
                        "name": "floquet_code"
                    }
                }])
result_batch.summary_data_frame(labels=["Gate-based ns, 10⁻³", "Majorana ns, 10⁻⁶"])

Sie können auch eine Liste von Schätzungsparametern target mithilfe der EstimatorParams -Klasse erstellen. Der folgende Code zeigt, wie Sie sechs Konfigurationen von target Parametern als einzelnen Auftrag übermitteln.

from qsharp.estimator import EstimatorParams, QubitParams, QECScheme

labels = ["Gate-based µs, 10⁻³", "Gate-based µs, 10⁻⁴", "Gate-based ns, 10⁻³", "Gate-based ns, 10⁻⁴", "Majorana ns, 10⁻⁴", "Majorana ns, 10⁻⁶"]

params = EstimatorParams(num_items=6)
params.error_budget = 0.333
params.items[0].qubit_params.name = QubitParams.GATE_US_E3
params.items[1].qubit_params.name = QubitParams.GATE_US_E4
params.items[2].qubit_params.name = QubitParams.GATE_NS_E3
params.items[3].qubit_params.name = QubitParams.GATE_NS_E4
params.items[4].qubit_params.name = QubitParams.MAJ_NS_E4
params.items[4].qec_scheme.name = QECScheme.FLOQUET_CODE
params.items[5].qubit_params.name = QubitParams.MAJ_NS_E6
params.items[5].qec_scheme.name = QECScheme.FLOQUET_CODE

qsharp.estimate("RunProgram()", params=params).summary_data_frame(labels=labels)

Batching mit Qiskit

Wenn Sie die Ressourcen eines Qiskit-Programms schätzen, können Sie mehrere Konfigurationen von target Parametern ausführen, die auch als Batchverarbeitung bezeichnet werden. Die Batchverarbeitung mit Qiskit kann in einem Notebook in Azure-Portal erfolgen.

Betrachten Sie die folgende Qiskit-Leitung, die drei Qubits benötigt und ein CCX- oder Toffoli-Gate mit dem dritten Qubit als targetanwendet. In diesem Fall möchten Sie die Ressourcen dieser Quantenschaltung für vier verschiedene target Parameter schätzen, sodass jede Konfiguration aus einem target Parameter besteht. Mit der Batchverarbeitung können Sie alle Konfigurationen gleichzeitig übermitteln.

Fügen Sie im selben Notebook Ihres Qiskit-Programms eine neue Zelle hinzu, und führen Sie den folgenden Code aus:

from azure.quantum import Workspace
from azure.quantum.qiskit import AzureQuantumProvider 

workspace = Workspace ( 
    resource_id = "", 
    location = "" 
) 

provider = AzureQuantumProvider(workspace)

backend = provider.get_backend('microsoft.estimator') 

from qiskit import QuantumCircuit  

circ = QuantumCircuit(3) 
circ.ccx(0, 1, 2) 
items = [ 
    {"qubitParams": {"name": "qubit_gate_ns_e3"}, "errorBudget": 0.0001}, 
    {"qubitParams": {"name": "qubit_gate_ns_e4"}, "errorBudget": 0.0001}, 
    {"qubitParams": {"name": "qubit_maj_ns_e4"}, "errorBudget": 0.0001}, 
    {"qubitParams": {"name": "qubit_maj_ns_e6"}, "errorBudget": 0.0001}, 
] # target parameters 

job = backend.run(circ, items=items) 
results = job.result() 
results 

Das Ergebnis des Ressourcenschätzungsauftrags wird in einer Tabelle mit mehreren Ergebnissen angezeigt, die aus der Liste der Elemente stammen. Standardmäßig beträgt die maximale Anzahl der anzuzeigenden Elemente fünf. Verwenden results[0:N]Sie zum Anzeigen einer Liste mit $N$-Elementen, bei denen $N > 5$ enthalten sind. Sie können auch auf einzelne Ergebnisse zugreifen, indem Sie eine Zahl als Index angeben. Beispielsweise, results[0] um die Ergebnistabelle der ersten Konfiguration anzuzeigen.

Batchverarbeitung mit PyQIR

Wenn Sie die Ressourcen eines PyQIR-Programms schätzen, können Sie mehrere Konfigurationen von target Parametern ausführen, die auch als Batchverarbeitung bezeichnet werden. Die Batchverarbeitung mit PyQIR kann in einem Notebook in Azure-Portal erfolgen.

Berücksichtigen Sie, dass Sie die Ressourcen eines Quantenvorgangs mit allen sechs vordefinierten Qubitparametern schätzen möchten. Als vordefiniertes QEC-Schema verwenden surface_code wir mit gatebasierten Qubitparametern und floquet_code mit Majorana-basierten Qubitparametern. Der Vorgang benötigt sechs verschiedene Argumente.

Fügen Sie im selben Notebook Ihres PyQIR-Programms eine neue Zelle hinzu, und führen Sie Folgendes aus:

1. Zunächst importieren Sie einige Pakete, um den Resource Estimator target und die QubitParams -Klasse zu verwenden.

   from azure.quantum.target.microsoft import MicrosoftEstimator, QubitParams, QECScheme
   

2. Sie definieren die Bezeichnungen für die Qubitparameter. Die Bezeichnungen werden verwendet, um die Qubitparameter in der Ergebnistabelle zu identifizieren. Sie legen eine Reihe von Elementen für den Auftrag fest, indem Sie den num_items Parameter an die make_params -Methode übergeben. In diesem Fall ist die Anzahl der Elemente sechs, eines für jeden vordefinierten Qubitparameter.

   estimator = MicrosoftEstimator(workspace)
   
   labels = ["Gate-based µs, 10⁻³", "Gate-based µs, 10⁻⁴", "Gate-based ns, 10⁻³", "Gate-based ns, 10⁻⁴", "Majorana ns, 10⁻⁴", "Majorana ns, 10⁻⁶"]
   params = estimator.make_params(num_items=6)
   

3. Die Argumente werden als Wörterbuch übergeben. Die Schlüssel sind die Namen der Argumente, und die Werte sind die Werte der Argumente. Argumente können Zahlen oder Arrays von Zahlen sein. In diesem Fall übergeben Sie die folgenden Argumente:

   params.arguments["N"] = 10
   params.arguments["J"] = 1.0
   params.arguments["g"] = 1.0
   params.arguments["totTime"] = 20.0
   params.arguments["dt"] = 0.25
   params.arguments["eps"] = 0.001
   

4. Als Nächstes können Sie die Qubitparameter für jede Konfiguration übergeben, indem Sie das Element in items[]angeben. Geben Sie qubit_params.name die QubitParams -Klasse an, z. B GATE_US_E3. , und geben Sie qec_scheme.name dann die QECScheme -Klasse an, z. B FLOQUET_CODE. .

   params.items[0].qubit_params.name = QubitParams.GATE_US_E3
   params.items[1].qubit_params.name = QubitParams.GATE_US_E4
   params.items[2].qubit_params.name = QubitParams.GATE_NS_E3
   params.items[3].qubit_params.name = QubitParams.GATE_NS_E4
   params.items[4].qubit_params.name = QubitParams.MAJ_NS_E4
   params.items[4].qec_scheme.name = QECScheme.FLOQUET_CODE
   params.items[5].qubit_params.name = QubitParams.MAJ_NS_E6
   params.items[5].qec_scheme.name = QECScheme.FLOQUET_CODE
   

5. Wenn jede Konfiguration als einzelner Auftrag ausgeführt wird, würde dies zur Übermittlung von sechs Aufträgen führen, d. h. sechs separate Kompilierungen für dasselbe Programm. Stattdessen übermitteln Sie einen Batchverarbeitungsauftrag mit mehreren Elementen.

   job = estimator.submit(Operation, input_params=params, name="My operation")
   results = job.get_results()
   

   Hinweis

   Sie können einen Namen für den Auftrag festlegen, indem Sie den name Parameter an die submit -Methode übergeben.

   job = estimator.submit(operation, input_params=params, name="My operation")
   

Hinweis

Wenn beim Arbeiten mit dem Resource Estimator ein Problem aufgetreten ist, lesen Sie die Seite Problembehandlung, oder wenden Sie sich an AzureQuantumInfo@microsoft.com.

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