프로젝트 및 사용자 지정 라이브러리를 만들고 관리하는 Q# 방법

아티클
2024. 11. 13.

이 문서에서는 프로젝트를Q# 방법을 알아봅니다. Q# 프로젝트는 서로의 작업 및 함수에 액세스할 수 있는 여러 Q# 파일이 있는 폴더 구조입니다. 프로젝트는 소스 코드를 논리적으로 구성하는 데 유용합니다. 외부 원본에서 액세스할 수 있는 사용자 지정 라이브러리로 프로젝트를 사용할 수도 있습니다.

필수 조건

Azure 구독의 Azure Quantum 작업 영역입니다. 작업 영역을 만들려면 Azure Quantum 작업 영역 만들기를 참조하세요.
Azure Quantum Development Kit 및 Python 확장이 설치된 Visual Studio Code.
외부 프로젝트를 공용 GitHub 리포지토리에 게시하려는 경우 GitHub 계정입니다.

Python 프로그램을 실행하려면 다음이 필요합니다.

Python 및 Pip가 설치된 Python 환경
Azure Quantum qsharp 및 azure-quantum 패키지.

프로젝트 작동 방식 Q#

프로젝트에는 Q#Q# 매니페스트 파일( qsharp.json) 및 지정된 폴더 구조에 있는 하나 이상의 *.qs 파일이 포함됩니다. 사용자가 VS Code에서 *.qs 파일을 열거나 Jupyter Notebook 또는 Python 파일에서 설정하는 project_root 경우 컴파일러는 주변 폴더 계층 구조에서 매니페스트 파일을 검색하고 프로젝트의 범위를 결정합니다. 매니페스트 파일을 찾을 수 없는 경우 컴파일러는 단일 파일 모드에서 작동합니다. VS Code에서 Q# 수동으로 또는 직접 프로젝트를 만들 수 있습니다.

외부 Q# 프로젝트는 다른 디렉터리 또는 공용 GitHub 리포지토리에 상주하며 사용자 지정 라이브러리 역할을 하는 표준 Q# 프로젝트입니다. 외부 프로젝트는 문을 사용하여 export 외부 프로그램에서 액세스할 수 있는 함수 및 작업을 정의합니다. 프로그램은 외부 프로젝트를 매니페스트 파일의 종속성으로 정의하고 문을 사용하여 import 외부 프로젝트의 항목(작업, 함수, 구조체 및 네임스페이스)에 액세스합니다. 자세한 내용은 외부 종속성으로 프로젝트 사용을 참조 하세요.

Q# 프로젝트 정의

Q# 프로젝트는 qsharp.json 명명된 매니페스트 파일과 Q# 폴더가 있는 것으로 정의되며, 둘 다 프로젝트의 루트 폴더에 있어야 합니다. 프로그램 및 외부 프로젝트의 Q# 경우 Q# 컴파일러는 프로젝트 폴더를 자동으로 검색합니다. Python 프로그램 및 Jupyter Notebook의 경우 호출을 사용하여 프로젝트 폴더qsharp.init. 그러나 프로젝트의 폴더 구조 Q# 는 모든 유형의 프로그램에서 동일하게 유지됩니다.

프로젝트의 폴더 구조 및 계층 구조입니다 Q# .

Q# 프로그램 사용
Python 또는 Jupyter Notebook 사용

프로젝트 폴더 정의(Q# 프로그램)

VS Code Q# 에서 *.qs 파일을 열면 컴파일러가 폴더 구조에서 매니페스트 파일을 위쪽으로 검색합니다. 매니페스트 파일을 찾으면 컴파일러는 /src 디렉터리 또는 해당 하위 디렉터리의 모든 Q# 파일을 포함합니다. 각 파일의 항목은 프로젝트 내의 다른 모든 파일에서 사용할 수 있습니다.

예를 들어 이 폴더 구조는 다음과 같습니다.

Teleportation_project
- qsharp.json
- src
  - Main.qs
  - TeleportOperations
    - TeleportLib.qs
    - PrepareState
      - PrepareStateLib.qs

/src/TeleportOperation/PrepareState/PrepareStateLib.qs 파일을 열면 컴파일러:Q#

/src/TeleportOperation/PrepareState/에서 qsharp.json 확인합니다.
/src/TeleportOperation에서 qsharp.json 확인합니다.
qsharp.json /src를 확인합니다.
qsharp.json 확인 / 합니다.
/ 프로젝트의 루트 디렉터리로 설정되며 매니페스트 파일의 설정에 따라 프로젝트의 루트 아래에 있는 모든 *.qs 파일을 포함합니다.

프로젝트 폴더 정의(Python 및 Jupyter Notebook 프로그램)

Python 프로그램 또는 Jupyter Notebook 셀을 사용하여 리소스에 액세스 Q# 하는 경우 명령문을 사용하여 프로젝트의 루트 디렉터리를 직접 qsharp.init 설정해야 합니다. 이전 예제와 동일한 폴더 구조 사용

Teleportation_project
- qsharp.json
- src
- MyPythonProgram.py
  - Main.qs
  - TeleportOperations
    - TeleportLib.qs
    - PrepareState
      - PrepareStateLib.qs

작업을 호출하기 project_root 전에 설정합니다Q#.

Python 프로그램이 /src 폴더에 있다고 가정합니다.

Python

import qsharp

qsharp.init(project_root = '../Teleportation_project')

참고

Azure Quantum 서비스에 제출하도록 프로그램을 컴파일하려는 경우 문에 target_profile 매개 변수를 추가 qsharp.init 해야 합니다. 기본적으로 qsharp.init 로컬 시뮬레이터에서 양자 코드를 테스트할 Unrestricted 수 있도록 프로필을 설정합니다. 그러나 Azure Quantum에 작업을 제출하려면 프로필을 Base 설정하거나 Adaptive_RI예를 들어 qsharp.init(project_root = '../Teleportation_project', target_profile = qsharp.TargeProfile.Base)설정해야 할 수 있습니다. 프로필에 대한 target 자세한 내용은 QIR target 프로필을 참조하세요.

루트 폴더의 경로는 루트 폴더를 설정하는 파일을 기준으로 합니다. 즉, 프로젝트 폴더가 Q# 어디에나 있을 수 있으며 호출 프로그램이 반드시 프로젝트에 있을 필요는 없습니다. 유효한 경로는 또는 './MyProjects/Teleportation_project'.일 수도 ../../Teleportation_project있습니다.

Q# 컴파일러는 지정된 루트 폴더에 유효한 매니페스트 파일이 있는지 확인하고 src 폴더 아래의 *.qs 리소스를 프로젝트 내에서 참조할 수 있도록 합니다.

매니페스트 파일 만들기

매니페스트 파일은 선택적으로 작성자, 라이선스 및 lints 필드를 포함할 수 있는 qsharp.json 명명된 간단한 .json 파일입니다. 실행 가능한 최소 매니페스트 파일은 문자열 {}입니다. VS Code에서 프로젝트를 만들 Q# 면 최소한의 매니페스트 파일이 만들어집니다.

JSON

{}

매니페스트 파일 예제

다음은 매니페스트 파일이 프로젝트의 범위를 정의하는 방법의 Q# 몇 가지 예입니다.

이 예제 에서 작성 자는 지정된 유일한 필드이므로 이 디렉터리의 모든 *.qs 파일과 모든 하위 디렉터리가 프로젝트에 포함 Q# 됩니다.

JSON
```
{
    "author":"Microsoft",
    "license": "MIT"
}
```

Q# 프로젝트 내에서 매니페스트 파일을 사용하여 VS Code Q# Linter 설정을 미세 조정할 수도 있습니다. 기본적으로 세 가지 Linter 규칙은 다음과 같습니다.

needlessParens: default = allow
divisionByZero: default = warn

redundantSemicolons: default = warn

매니페스트 파일을 사용하여 각 규칙을 allowwarn또는 error로 설정할 수 있습니다.

JSON

{
    "author":"Microsoft",
    "lints": [
        {
          "lint": "needlessParens",
          "level": "allow"
        },
        {
          "lint": "redundantSemicolons",
          "level": "warn"
        },
        {
          "lint": "divisionByZero",
          "level": "error"
        }
      ]
}

매니페스트 파일을 사용하여 외부 프로젝트를 종속성으로 정의하고 해당 외부 Q# 프로젝트의 작업 및 함수에 원격으로 액세스할 수도 있습니다. 자세한 내용은 외부 종속성으로 프로젝트 사용을 참조 하세요.

Q# 프로젝트 요구 사항 및 속성

다음 요구 사항 및 구성은 모든 Q# 프로젝트에 적용됩니다.

프로젝트에 포함하려는 모든 *.qs 파일은 src라는 폴더 아래에 있어야 합니다. 이 폴더는 해당 폴더의 Q#루트 폴더 아래에 있어야 합니다. VS Code에서 프로젝트를 만들 Q# 면 폴더가 /src 자동으로 만들어집니다.
매니페스트 파일은 src 폴더와 동일한 수준에 있어야 합니다. VS Code에서 Q# 프로젝트를 만들면 최소 파일이 자동으로 만들어집니다.
문을 사용하여 import 프로젝트의 다른 파일에서 작업 및 함수를 참조합니다.

Q#
```
import MyMathLib.*;  //imports all the callables in the MyMathLib namespace
...
    Multiply(x,y);
```
또는 네임스페이스를 사용하여 개별적으로 참조

Q#
```
MyMathLib.Multiply(x,y);  
```

Q# 프로젝트 전용

프로젝트의 *.qs 파일 Q# 하나만 단일 Main() 작업으로 정의된 진입점을 가질 수 있습니다.
진입점 정의가 있는 *.qs 파일은 매니페스트 파일 아래의 모든 수준에서 찾을 수 있습니다.
프로젝트의 아무 곳이나 Q# *.qs 파일에서 캐시되는 모든 작업 또는 함수는 VS Code의 예측 텍스트에 표시됩니다.
선택한 작업 또는 함수의 네임스페이스를 아직 가져오지 않은 경우 VS Code는 필요한 import 문을 자동으로 추가합니다.

프로젝트를 만드는 Q# 단계

이러한 단계는 모든 Q# 프로젝트에 적용 됩니다.

VS Code 파일 탐색기에서 프로젝트의 루트 폴더에 사용할 폴더 Q# 를 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고 프로젝트 만들기 Q# 를 선택하거나 폴더를 열고 명령 팔레트 >>보기Q#: 프로젝트 만들기Q#...를 선택합니다.
VS Code는 폴더에 최소 매니페스트 파일을 만들고 템플릿 파일이 있는 /src 폴더를 Main.qs 추가합니다.
필요에 따라 매니페스트 파일을 편집합니다. 매니페스트 파일 예제를 참조 하세요.
폴더 아래에 원본 파일을 추가하고 구성합니다 Q#/src .
Python 프로그램 또는 Jupyter Notebook Q#에서 프로젝트에 액세스하는 qsharp.init 경우 . 이 예제에서는 프로그램이 프로젝트의 /src 폴더에 있다고 가정합니다 Q# .

Python
```
qsharp.init(project_root = '../Teleportation_project')
```
VS Code에서 파일만 Q# 사용하는 경우 파일을 열 Q# 때 컴파일러는 매니페스트 파일을 검색하고 프로젝트의 루트 폴더를 확인한 다음 하위 폴더에서 *.qs 파일을 검색합니다.

참고

2단계에서 매니페스트 파일 및 폴더를 /src 수동으로 만들 수도 있습니다.

예제 프로젝트

이 양자 텔레포트 프로그램은 이전에 표시된 단일 폴더 구조를 기반으로 하는 프로젝트의 예 Q# 이며 VS Code의 로컬 시뮬레이터에서 실행됩니다. Azure Quantum 하드웨어 또는 타사 시뮬레이터에서 프로그램을 실행하려면, 프로그램 및 VSCode 시작하기 를 참조하여 프로그램을 컴파일하고 Azure 작업 공간에 연결하는 단계를 확인하세요.

이 예제에서는 다음 디렉터리 구조를 사용합니다.

Teleportation_project
- qsharp.json
- src
  - Main.qs
  - TeleportOperations
    - TeleportLib.qs
    - PrepareState
      - PrepareStateLib.qs

매니페스트 파일에는 작성자 및 라이선스 필드가 포함됩니다.

JSON

{
    "author":"Microsoft",
    "license":"MIT"
}

Q# 원본 파일

Main.qs 주 파일은 진입점을 포함하고 TeleportLib.qs의 TeleportOperations.TeleportLib 네임스페이스를 참조합니다.


    import TeleportOperations.TeleportLib.Teleport;   // references the Teleport operation from TeleportLib.qs

    operation Main() : Unit {
        use msg = Qubit();
        use target = Qubit();

        H(msg);
        Teleport(msg, target);    // calls the Teleport() operation from TeleportLib.qs
        H(target);

        if M(target) == Zero {
            Message("Teleported successfully!");
        
        Reset(msg);
        Reset(target);
        }
    }

TeleportLib.qs는 Teleport() 작업을 정의하고 PrepareStateLib.qs에서 작업을 호출 PrepareBellPair() 합니다.


    import TeleportOperations.PrepareState.PrepareStateLib.*;     // references the namespace in PrepareStateLib.qs
 
    operation Teleport(msg : Qubit, target : Qubit) : Unit {
        use here = Qubit();

        PrepareBellPair(here, target);      // calls the PrepareBellPair() operation from PrepareStateLib.qs
        Adjoint PrepareBellPair(msg, here);

        if M(msg) == One { Z(target); }
        if M(here) == One { X(target); }

        Reset(here);
    }

PrepareStateLib.qs 파일에는 벨 쌍을 만들기 위한 표준 재사용 가능한 작업이 포함되어 있습니다.

    
    operation PrepareBellPair(left : Qubit, right : Qubit) : Unit is Adj + Ctl {
        H(left);
        CNOT(left, right);
    }

프로그램 실행

프로그램을 실행 중인 환경의 탭을 선택합니다.

이 프로그램을 실행하려면 VS Code에서 Main.qs 파일을 열고 실행을 선택합니다.

Jupyter Notebook에서 이 프로그램을 실행하려면 새 Notebook을 열고 다음 셀을 실행합니다.

Python

import qsharp

Python

# set the root folder for the Q# project
# make adjustments to the path depending on where your program is saved

# this example assumes your program is in the /src folder
qsharp.init(project_root = '../Teleportation_project')

경로가 유효한 경우 확인 메시지가 표시됩니다. Q# initialized with configuration: {'targetProfile': 'unrestricted'}

매직 명령을 사용하여 %%qsharp 주 작업을 호출하여 프로그램을 실행합니다.

%%qsharp
// call the main operation
Main.Main();

또는 문을 사용하여 qsharp.eval()

Python

print (qsharp.eval("Main.Main()"))

이 프로그램을 실행하려면 다음 명령을 실행합니다.

Python

import qsharp

Python

# set the root folder for the Q# project
# make adjustments to the path depending on where your program is saved

# this example assumes your program is in the same folder as the root folder
qsharp.init(project_root = '../Teleportation_project')

를 사용하여 주 작업을 호출하여 프로그램을 실행합니다. qsharp.eval()

Python

print (qsharp.eval("Main.Main()"))

외부 종속성으로 프로젝트 구성 Q#

Q# 또한 프로젝트는 다른 프로젝트에 대한 외부 종속성으로 구성될 수 있으며, 라이브러리처럼 작동하며, 외부 Q# 프로젝트의 함수와 작업을 여러 Q# 프로젝트에서 사용할 수 있게 됩니다. 외부 종속성은 드라이브 공유에 상주하거나 공용 GitHub 리포지토리에 게시할 수 있습니다.

프로젝트를 외부 종속성으로 사용 Q# 하려면 다음을 수행해야 합니다.

외부 프로젝트를 호출 프로젝트의 매니페스트 파일에 종속성으로 추가합니다.
외부 프로젝트가 GitHub에 게시된 경우 외부 프로젝트의 매니페스트 파일에 "files" 속성을 추가합니다.
외부 프로젝트에 문을 추가 export 합니다.
호출 프로젝트에 문을 추가 import 합니다.

매니페스트 파일 구성

외부 Q# 프로젝트는 로컬 또는 네트워크 드라이브 공유에 상주하거나 공용 GitHub 리포지토리에 게시할 수 있습니다.

호출 프로젝트 매니페스트 파일

드라이브 공유의 외부 프로젝트에 종속성을 추가하려면 호출 프로젝트의 매니페스트 파일에서 종속성을 정의합니다.

JSON

{
    "author": "Microsoft",
    "license": "MIT",
    "dependencies": {
        "MyDependency": {
            "path": "/path/to/project/folder/on/disk"
        }
    }
}

여기서 "MyDependency"는 작업을 호출할 때 네임스페이스를 식별하는 사용자 정의 문자열입니다. 예를 들어 "MyMathFunctions"라는 종속성을 만드는 경우 해당 종속성 MyMathFunctions.MyFunction()에서 함수를 호출합니다.

공용 GitHub 리포지토리에 게시된 프로젝트에 종속성을 추가하려면

JSON

{
    "author": "Microsoft",
    "dependencies": {
        "MyDependency": {
            "github": {
                "owner": "GitHubUser",
                "repo": "GitHubRepoName",
                "ref": "CommitHash",
                "path": "/path/to/dependency"
            }
        }
}

참고

GitHub 종속성에 대해 "ref"는 GitHub refspec을 참조합니다. 특정 버전의 종속성을 사용할 수 있도록 항상 커밋 해시를 사용하는 것이 좋습니다.

외부 프로젝트 매니페스트 파일

외부 Q# 프로젝트가 공용 GitHub 리포지토리에 게시된 경우 프로젝트에 사용되는 모든 파일을 포함하여 외부 프로젝트의 매니페스트 파일에 파일 속성을 추가해야 합니다.

JSON

{
    "author": "Microsoft",
    "license": "MIT",
    "files": [ "src/MyMathFunctions.qs", "src/Strings/MyStringFunctions.qs" ]
}

"files" 속성은 (즉, 로컬 파일 경로 기반 가져오기)를 통해 "path" 가져오는 외부 프로젝트에 대한 선택 사항입니다. GitHub에 게시된 프로젝트에만 필요합니다.

export 문 사용

외부 프로젝트의 함수 및 작업을 호출 프로젝트에 액세스할 수 있도록 하려면 이 문을 사용합니다 export . 파일에서 호출 가능 항목을 모두 내보낼 수 있습니다. 와일드 카드 구문은 지원되지 않습니다. 내보낼 호출 가능한 각 구문을 지정해야 합니다.

operation Operation_A() : Unit {
...
}
operation Operation_B() : Unit  {
...
}

// makes just Operation_A available to calling programs
export Operation_A;           

// makes Operation_A and Operation_B available to calling programs         
export Operation_A, Operation_B, etc.; 

// makes Operation_A available as 'OpA'
export Operation_A as OpA;

import 문 사용

호출 프로그램에서 문을 사용하여 import 외부 종속성의 항목을 사용할 수 있도록 합니다. import 문은 매니페스트 파일의 종속성에 대해 정의된 네임스페이스를 사용합니다. 예를 들어 이 종속성의 경우

JSON

{
    "author": "Microsoft",
    "license": "MIT",
    "dependencies": {
        "MyMathFunctions": {
            "path": "/path/to/project/folder/on/disk"
        }
    }
}

호출 가능 항목을 다음으로 가져옵니다.

import MyMathFunctions.MyFunction;  // imports "MyFunction()" from the namespace
...

이 문은 import 와일드카드 구문 및 별칭도 지원합니다.

// imports all items from the "MyMathFunctions" namespace
import MyMathFunctions.*;        

// imports the namespace as "Math", all items are accessible via "Math.<callable>"
import MyMathFunctions as Math;   

// imports a single item, available in the local scope as "Add"
import MyMathFunctions.MyFunction as Add;        

// imports can be combined on one line
import MyMathFunctions.MyFunction, MyMathFunctions.AnotherFunction as Multiply;

참고

라이브러리 및 네임스페이스를 참조하는 데 사용되는 현재 사용되는 open 문 Q#은 여전히 지원되지만 결국에는 사용되지 않습니다. 그 동안 필요에 따라 현재 파일을 업데이트하여 문을 사용할 import 수 있습니다. 예를 들어 . open Microsoft.Quantum.Diagnostics;import Microsoft.Quantum.Diagnostics.*; 또한 표준 import 라이브러리와 Q# 함께 문을 사용하는 경우 루트 네임스페이스를 Std.로 줄일 수 있습니다. 예를 들어 다음과 import Microsoft.Quantum.Diagnostics.*; 같이 import Std.Diagnostics.*;작성할 수 있습니다.

외부 프로젝트 예제

이 예제에서는 이전 예제와 동일한 텔레포트 프로그램을 사용하지만 호출 프로그램과 호출 가능 프로그램을 다른 프로젝트로 구분합니다.

로컬 드라이브에 두 개의 폴더(예: "Project_A" 및 "Project_B")를 만듭니다.
Q# 프로젝트를 만들기 위한 단계의 단계에 따라 각 폴더에 Q# 만듭니다.

Project_A 호출 프로그램에서 다음 코드를 매니페스트 파일에 복사하여 필요에 따라 경로를 편집합니다Project_B

JSON

{
  "author": "Microsoft",
  "license": "MIT",
  "dependencies": {
    "MyTeleportLib": {
      "path": "/Project_B" 
      }
    }
  }

Project_A 다음 코드를 Main.qs에 복사합니다.

import MyTeleportLib.Teleport;   // imports the Teleport operation from the MyTeleportLib namespace defined in the manifest file

operation Main() : Unit {
    use msg = Qubit();
    use target = Qubit();

    H(msg);
    Teleport(msg, target);    // calls the Teleport() operation from the MyTeleportLib namespace
    H(target);

    if M(target) == Zero {
        Message("Teleported successfully!");

    Reset(msg);
    Reset(target);
    }
}

Project_B 다음 코드를 Main.qs에 복사합니다.


    operation Teleport(msg : Qubit, target : Qubit) : Unit {
        use here = Qubit();

        PrepareBellPair(here, target); 
        Adjoint PrepareBellPair(msg, here);

        if M(msg) == One { Z(target); }
        if M(here) == One { X(target); }

        Reset(here);
    }

    operation PrepareBellPair(left : Qubit, right : Qubit) : Unit is Adj + Ctl {
        H(left);
        CNOT(left, right);
    }

    export Teleport;       //  makes the Teleport operation available to external programs

참고

PrepareBellPair Project_A 프로그램에서 직접 호출되지 않으므로 작업을 내보낼 필요가 없습니다. Project_B 로컬 범위에 있으므로 Teleport 작업에서 이미 액세스할 수 있습니다.

프로그램을 실행하려면 VS Code에서 /Project_A/Main.qs를 열고 실행을 선택합니다.

프로젝트 및 암시적 네임스페이스

Q# 프로젝트에서 네임스페이스가 *.qs 프로그램에 지정되지 않은 경우 컴파일러는 파일 이름을 네임스페이스로 사용합니다. 그런 다음 외부 종속성에서 호출 가능한 호출 가능 항목을 참조하면 dependencyName< 구문을 >사용합니다.<네임스페이스>입니다.<호출할 수 있습니다>. 그러나 파일 이름이 "Main.qs"인 경우 컴파일러는 네임스페이스를 가정하고 호출 구문은 dependencyName<이라고 >가정합니다.<이전 예제>와 같이 callableimport MyTeleportLib.Teleport입니다.

여러 프로젝트 파일이 있는 것은 드문 일이 아니므로 호출 가능 파일을 참조할 때 올바른 구문을 고려해야 합니다. 예를 들어 다음 파일 구조의 프로젝트에서

src/
- Main.qs
- MathFunctions.qs

외부 종속성에 대한 호출은

import MyTeleportLib.MyFunction;        // "Main" namespace is implied

import MyTeleportLib.MathFunctions.MyFunction;   // "Math" namespace must be explicit

네임스페이스 동작에 대한 자세한 내용은 사용자 네임스페이스를 참조 하세요.

추가 리소스

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프로젝트 폴더 정의(Python 및 Jupyter Notebook 프로그램)

매니페스트 파일 만들기

매니페스트 파일 예제

Q# 프로젝트 요구 사항 및 속성

프로젝트를 만드는 Q# 단계

예제 프로젝트

Q# 원본 파일

프로그램 실행

외부 종속성으로 프로젝트 구성 Q#

매니페스트 파일 구성

호출 프로젝트 매니페스트 파일

외부 프로젝트 매니페스트 파일

export 문 사용

import 문 사용

외부 프로젝트 예제

프로젝트 및 암시적 네임스페이스

피드백

추가 리소스