Présentation de l’estimateur de ressources Azure Quantum

Cet article présente l’estimateur de ressources Azure Quantum, un outil open source puissant qui vous permet d’estimer les ressources nécessaires pour exécuter un programme quantique sur un ordinateur quantique.

Qu’est-ce que l’estimateur de ressources Azure Quantum ?

L’estimateur de ressources Azure Quantum est un outil open source qui vous permet d’estimer les ressources nécessaires pour exécuter un algorithme quantique donné sur un ordinateur quantique à tolérance de panne.

Conseil

L’estimateur de ressources Azure Quantum est gratuit et ne nécessite pas de compte Azure.

L’estimateur de ressources fournit le nombre total de qubits physiques et logiques, le runtime, ainsi que les détails des formules et des valeurs utilisées pour chaque estimation. Cela signifie que le développement d’algorithmes devient l’objectif principal, avec l’objectif d’optimiser les performances et de réduire les coûts. Avec l’estimateur de ressources Azure Quantum, vous pouvez comparer les technologies qubits, les schémas de correction d’erreurs quantiques et d’autres caractéristiques matérielles pour comprendre leur impact sur les ressources nécessaires à l’exécution d’un programme quantique.

Vous pouvez commencer à partir de paramètres de qubit connus et prédéfinis et de schémas de correction d’erreurs quantiques (QEC) ou configurer des paramètres uniques sur un large éventail de caractéristiques de machine, telles que les taux d’erreur d’opération, les vitesses d’opération et les schémas et seuils de correction des erreurs.

Pourquoi l’estimation des ressources est-elle importante dans le développement de l’informatique quantique ?

Bien que les ordinateurs quantiques promettent de résoudre d’importants problèmes scientifiques et commerciaux, la viabilité commerciale exigera des ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes qui ont à la fois un grand nombre de qubits en superposition et des taux d’erreurs physiques inférieurs à un certain seuil. La viabilité commerciale et scientifique exigera également que les systèmes QEC atteignent la tolérance aux pannes. La QEC est à la fois gourmande en temps et en espace, ce qui nécessite un temps d’exécution accru pour les opérations de niveau logique ou de l’algorithme ainsi que des qubits physiques supplémentaires pour stocker et calculer des informations.

À l’aide de l’estimateur de ressources, vous pouvez comprendre l’impact des choix de conception architecturale et des schémas de correction des erreurs quantiques. L’estimateur de ressources vous aidera à comprendre le nombre de qubits nécessaires à l’exécution d’une application, la durée de l’exécution et les technologies de qubit les plus adaptées à la résolution d’un problème spécifique. La compréhension de ces exigences vous permettra de préparer et d’affiner des solutions quantiques pour s’exécuter sur de futures machines quantiques mises à l’échelle.

Quelles fonctionnalités rendent l’estimateur de ressources unique ?

L’estimateur de ressources est un outil puissant qui implique tous les niveaux de pile d’informatique quantique. La pile de calcul quantique peut être divisée en trois niveaux : le niveau de l’application, le niveau de programmation ou de compilation quantique et le niveau matériel ou de modélisation.

L’estimateur de ressources vous permet de personnaliser les paramètres de chaque niveau et d’analyser leur impact sur les ressources globales nécessaires à l’exécution d’un programme quantique.

Personnalisation

Vous pouvez adapter l’estimateur de ressources et spécifier les caractéristiques de votre système quantique. Vous pouvez utiliser les paramètres prédéfinis target ou les personnaliser en fonction de vos besoins. Pour plus d’informations, consultez Personnaliser les estimations de ressources en fonction des caractéristiques de l’ordinateur.

Paramètres de la cible	Décrire votre système
Modèle qubit physique	Par exemple, spécifiez le jeu d’instructions, l’heure de mesure du qubit, les taux d’erreur ou les heures de porte.
Schéma de correction des erreurs quantiques	Par exemple, spécifiez le nombre de qubits physiques par qubit logique, la durée du cycle logique ou le seuil de correction d’erreur.
Budget d’erreur	Par exemple, spécifiez le budget d’erreur pour implémenter des qubits logiques, la distillation des états T et la synthèse des portes de rotation.
Unités de distillation	Par exemple, spécifiez le nombre d’états T requis pour le processus de distillation, le nombre d’états T produits comme sortie du processus de distillation ou la probabilité d’échec du processus de distillation.
Contraintes	Par exemple, spécifiez le nombre maximal de qubits physiques, le runtime maximal ou le nombre maximal de copies de fabrique T.

Flexibilité

Vous pouvez apporter vos propres outils de compilation et de code à l’estimateur de ressources. L’estimateur de ressources prend en charge n’importe quelle langue qui traduit en QIR, par exemple, Q# et Qiskit. Consultez Différentes façons d’exécuter l’estimateur de ressources.

Estimations multiples par lot

L’estimateur de ressources vous permet d’estimer les ressources nécessaires pour exécuter le même algorithme quantique pour différentes configurations de paramètres et de targetcomparer les résultats. De cette façon, vous pouvez comprendre comment l’architecture qubit, le schéma QEC et le reste des paramètres impactent les target ressources globales.

Optimisation

Vous pouvez réduire le temps d’exécution de l’estimateur de ressources en incorporant certaines estimations dans le coût global. Par exemple, si vous utilisez un programme volumineux, vous pouvez calculer et mettre en cache le coût des sous-routines, ou si vous connaissez déjà les estimations d’une opération , vous pouvez les transmettre à l’estimateur de ressources.

Visualisation des ressources

Vous pouvez visualiser les compromis entre le nombre de qubits physiques et le runtime de l’algorithme à l’aide du diagramme d’espace-temps, ce qui vous permet de trouver la combinaison optimale de paires {nombre de qubits, runtime}.

Vous pouvez également inspecter la distribution des qubits physiques utilisés pour l’algorithme et les fabriques T à l’aide du diagramme d’espace.

Bien démarrer avec l’estimateur de ressources

L’estimateur de ressources fait partie du kit de développement Azure Quantum (QDK moderne). Pour commencer, consultez Exécuter votre première estimation de ressources.

Le tableau suivant présente différents scénarios utilisateur et les articles recommandés pour commencer par l’estimateur de ressources.

Scénario utilisateur	Vous souhaitez
Je développe des codes QEC	Vous pouvez utiliser l’estimateur de ressources pour personnaliser vos codes QEC et comparer différentes combinaisons de paramètres. Consultez Comment personnaliser vos schémas QEC.
Je développe des algorithmes quantiques	En analysant l’impact des différentes configurations de profils matériels et logiciels sur les besoins en ressources, vous pouvez obtenir des informations sur la façon dont votre algorithme quantique peut fonctionner dans différentes conditions matérielles et d’erreur. Ces informations peuvent vous aider à optimiser votre algorithme pour un matériel quantique ou des taux d’erreur spécifiques. Consultez Exécution de plusieurs configurations de target paramètres.
Je souhaite améliorer les performances des programmes quantiques	Pour savoir comment exploiter la puissance de l’estimateur de ressources, consultez Exécution de programmes volumineux et Utilisation d’estimations connues.
Je m’intéresse à l’informatique quantique à grande échelle	Vous pouvez utiliser l’estimateur de ressources pour analyser les ressources des problèmes réels qui sont censés être résolus par des ordinateurs quantiques à tolérance de panne à grande échelle. Découvrez comment procéder dans Estimation des ressources pour l’informatique quantique à grande échelle.
Je développe un chiffrement quantique sécurisé	Vous pouvez utiliser l’estimateur de ressources pour comparer les performances de différents algorithmes de chiffrement, les forces clés, les types de qubits et les taux d’erreur, ainsi que leur résilience aux attaques quantiques. Consultez Estimation et chiffrement des ressources.

Notes

Si vous rencontrez un problème lors de l’utilisation de l’estimateur de ressources, case activée la page Résolution des problèmes.

Estimation des ressources pour l’informatique quantique à grande échelle

Si vous souhaitez développer des algorithmes quantiques pour les ordinateurs quantiques à grande échelle, case activée le tutoriel Estimer les ressources d’un problème de chimie quantique.

Ce tutoriel représente une première étape pour intégrer l’estimation des ressources des solutions quantiques aux problèmes de structure électronique. L’une des applications les plus importantes des ordinateurs quantiques mis à l’échelle est la résolution des problèmes de chimie quantique. La simulation de systèmes mécaniques quantiques complexes a le potentiel d’ouvrir des percées dans des domaines tels que la capture du carbone, l’insécurité alimentaire et la conception de meilleurs carburants et matériaux.

Par exemple, l’un des hamiltoniens utilisés dans ce tutoriel, le nitrogenase_54orbital, décrit l’enzyme azotease. Si vous pouviez simuler avec précision le fonctionnement de cette enzyme au niveau quantique, cela pourrait nous aider à comprendre comment la produire à grande échelle. Vous pourriez remplacer le processus très énergivore qui est utilisé pour produire suffisamment d’engrais pour nourrir la planète. Cela a le potentiel de réduire l’empreinte carbone mondiale et d’aider à répondre aux préoccupations relatives à l’insécurité alimentaire dans une population croissante.