Ejecute las simulaciones cuánticas en la QDK extensión para Visual Studio Code

La extensión MicrosoftQuantum Development Kit (QDK) para Visual Studio Code (VS Code) ejecuta automáticamente los programas Q# y OpenQASM en su simulador disperso local.

En este artículo se explica cómo ejecutar programas en el simulador local y cómo agregar Pauli ruido a Q# simulaciones. Para usar los otros QDK simuladores de QDK, consulte Python.

Funcionamiento del simulador local

El simulador disperso almacena solo las amplitudes no cero de un estado cuántico. Cuando la mayoría de las amplitudes de base computacional son cero, esta representación usa menos memoria y puede simular algunos programas con más cúbits que un simulador de estado completo, que almacena cada amplitud.

La ventaja de rendimiento depende de si el estado cuántico permanece disperso en la base computacional. Para obtener más información, vea Jaques y Häner (arXiv:2105.01533).

Ejecución de un programa cuántico en VS Code

  1. Instale la QDK extensión para VS Code.
  2. Abra un archivo Q# (.qs) o un archivo OpenQASM (.qasm).
  3. Seleccione Ejecutar desde la lente de código al principio del archivo o por encima de la Q#Main operación.

La salida de simulación aparece en el VS Code terminal. Para los programas Q#, seleccione Depurar para inspeccionar el estado cuántico del programa a medida que se ejecuta.

Añadir ruido Pauli a las simulaciones Q#

El simulador disperso admite ruido Pauli para los programas Q# en la extensión QDK. Utilice ConfigurePauliNoise para establecer las probabilidades de errores de Pauli $X$, $Y$ y $Z$ en un programa. La configuración de la extensión QDK también admite un modelo de ruido global Pauli.

Note

No se puede agregar un modelo de ruido a una OpenQASM simulación en la QDK extensión. Para crear modelos de ruido específicos de la operación para programas Q# o OpenQASM, use el PythonQDK paquete y la API NoiseConfig.

Añadir ruido Pauli en la configuración VS Code

  • En VS Code, configura el ruido global Pauli para los programas Q# en la configuración de usuario Q#> Simulación:Pauli Ruido de la extensión QDK.

Captura de pantalla de la configuración global Q#Pauli de ruido para la QDK extensión en VS Code.

La configuración de ruido se aplica a los resultados del histograma para todas las puertas, medidas y cubits en todos los Q# programas de VS Code.

Sin ruido, un histograma para este GHZ programa de ejemplo muestra $\ket{00000}$ durante aproximadamente la mitad de las medidas y $\ket{11111}$ para la otra mitad.

import Std.Diagnostics.*;
import Std.Measurement.*;

operation Main() : Result[] {
    let num = 5;
    return GHZSample(num);
}

operation GHZSample(n: Int) : Result[] {
    use qs = Qubit[n];
    H(qs[0]);
    ApplyCNOTChain(qs);
    let results = MeasureEachZ(qs);
    ResetAll(qs);
    return results;
}

Captura de pantalla de un histograma sin ruido y picos donde todos los cúbits son cero o todos los cúbits son uno.

Con una tasa de ruido por inversión de bits del 1%, los resultados comienzan a dispersarse. En 25%, el histograma es indistinguible de ruido puro.

Captura de pantalla de histogramas para un Q# programa con tasas de ruido por inversión de bits del 1 % y del 25 %.

Agregar Pauli ruido a Q# programas individuales

Utilice ConfigurePauliNoise para establecer o modificar el modelo de ruido de un programa Q# y controlar cuándo y dónde se produce el ruido.

Note

La configuración de VS Code aplica ruido a todos los programas Q#, pero ConfigurePauliNoise anula dicha configuración para el programa que lo invoca.

En el programa anterior, agregue ruido inmediatamente después de la asignación de cúbits:

operation GHZSample(n: Int) : Result[] {
    use qs = Qubit[n];

    // 5% bit-flip noise applies to all subsequent operations.
    ConfigurePauliNoise(0.05, 0.0, 0.0);

    H(qs[0]);
    ApplyCNOTChain(qs);
    let results = MeasureEachZ(qs);
    ResetAll(qs);
    return results;
}

Captura de pantalla de los resultados del histograma cuando se inicia un ruido de volteo de bits del 5% después de la asignación de cúbits.

Para aplicar ruido solo a la operación de medición, establezca el modelo de ruido inmediatamente antes de la medición y elimínelo después:

operation GHZSample(n: Int) : Result[] {
    use qs = Qubit[n];
    H(qs[0]);
    ApplyCNOTChain(qs);

    // Noise applies only to the measurement operation.
    ConfigurePauliNoise(0.05, 0.0, 0.0);

    let results = MeasureEachZ(qs);
    ResetAll(qs);
    return results;
}

Captura de pantalla de los resultados del histograma cuando el ruido de volteo de bits del 5 % se inicia inmediatamente antes de la medición.

Para cambiar o borrar la configuración de ruido en diferentes puntos del programa, llame a ConfigurePauliNoise varias veces. Por ejemplo, aplique 5% ruido de volteo de bits a la puerta hadamard y, a continuación, borre la configuración de ruido para el resto del programa.

operation GHZSample(n: Int) : Result[] {
    use qs = Qubit[n];

    // Noise applies to the H operation.
    ConfigurePauliNoise(0.05, 0.0, 0.0);
    
    H(qs[0]);

    // Clear the noise settings.
    ConfigurePauliNoise(0.0, 0.0, 0.0);
    
    ApplyCNOTChain(qs);
    let results = MeasureEachZ(qs);
    ResetAll(qs);
    return results;
}

Otras funciones de ruido Q#

ConfigurePauliNoise admite cualquier modelo de ruido Pauli. Utilice estas funciones y operaciones del espacio de nombres Std.Diagnostics para configurar o aplicar ruido:

Function Description Ejemplo
ConfigurePauliNoise Establece Pauli el ruido para una simulación. Pase las probabilidades de errores de Pauli $X$, $Y$, y $Z$ o un Pauli modelo de ruido. La configuración se aplica a todas las puertas, medidas y cúbits posteriores en un programa Q# y anula la configuración de ruido de la extensión VS Code. Las llamadas posteriores sobrescriben las configuraciones anteriores. ConfigurePauliNoise(0.1, 0.0, 0.5)
o
ConfigurePauliNoise(BitFlipNoise(0.1))
BitFlipNoise Devuelve un modelo de ruido con solo Pauli errores de $X$ con la probabilidad especificada. 10% ruido de volteo de bits:
ConfigurePauliNoise(BitFlipNoise(0.1)) $\equiv$ ConfigurePauliNoise(0.1, 0.0, 0.0)
PhaseFlipNoise Devuelve un modelo de ruido con solo errores Pauli $Z$ con la probabilidad especificada. 10% ruido de volteo por fase:
ConfigurePauliNoise(PhaseFlipNoise(0.1)) $\equiv$ ConfigurePauliNoise(0.0, 0.0, 0.1)
DepolarizingNoise Devuelve un modelo de ruido con probabilidades iguales para Pauli los errores de $X$, $Y$y $Z$. 6% ruido despolarizante
ConfigurePauliNoise(DepolarizingNoise(0.06)) $\equiv$ ConfigurePauliNoise(0.02, 0.02, 0.02)
NoNoise Devuelve un modelo con cero probabilidades de error. Pásalo a ConfigurePauliNoise para borrar la configuración de ruido actual. ConfigurePauliNoise(NoNoise()) $\equiv$ ConfigurePauliNoise(0.0, 0.0, 0.0)
ApplyIdleNoise Aplica el ruido configurado a un solo cúbit durante la simulación. ...
use q = Qubit[2];
ConfigurePauliNoise(0.1, 0.0, 0.0);
ApplyIdleNoise(q[0]);
...
  • Se actualizó por última vez el