Wprowadzenie do narzędzia do szacowania zasobów usługi Azure Quantum

W tym artykule przedstawiono narzędzie do szacowania zasobów kwantowych Azure Quantum, zaawansowane narzędzie typu open source , które umożliwia oszacowanie zasobów potrzebnych do uruchomienia programu kwantowego na komputerze kwantowym.

Co to jest narzędzie do szacowania zasobów usługi Azure Quantum?

Narzędzie do szacowania zasobów usługi Azure Quantum to narzędzie typu open source , które umożliwia oszacowanie zasobów potrzebnych do wykonania danego algorytmu kwantowego na komputerze kwantowym odpornym na błędy.

Porada

Narzędzie do szacowania zasobów usługi Azure Quantum jest bezpłatne i nie wymaga konta platformy Azure.

Narzędzie do szacowania zasobów udostępnia łączną liczbę kubitów fizycznych i logicznych, środowiska uruchomieniowego, a także szczegóły formuł i wartości używanych dla każdego oszacowania. Oznacza to, że programowanie algorytmów staje się celem optymalizacji wydajności i obniżenia kosztów. Za pomocą narzędzia do szacowania zasobów usługi Azure Quantum można porównać technologie kubitu, schematy korekty błędów kwantowych i inne cechy sprzętowe, aby zrozumieć, jak wpływają one na zasoby potrzebne do uruchomienia programu kwantowego.

Możesz rozpocząć od dobrze znanych, wstępnie zdefiniowanych ustawień parametrów kubitu i schematów korekty błędów kwantowych (QEC) lub skonfigurować unikatowe ustawienia dla szerokiej gamy cech maszyn, takich jak współczynniki błędów operacji, szybkości operacji i schematy korekty błędów i progi.

Dlaczego szacowanie zasobów jest ważne w rozwoju obliczeń kwantowych?

Mimo że komputery kwantowe obiecują rozwiązanie ważnych problemów naukowych i komercyjnych, osiągnięcie rentowności komercyjnej będzie wymagało komputerów kwantowych odpornych na błędy na dużą skalę, które mają zarówno dużą liczbę kubitów w superpozycji, jak i współczynniki błędów fizycznych poniżej określonego progu. Rentowność komercyjna i naukowa będzie również wymagać systemów QEC w celu osiągnięcia odporności na uszkodzenia. QEC jest zarówno czasochłonnym, jak i wymagającym zwiększonego czasu wykonywania dla operacji algorytmu lub operacji na poziomie logicznym, a także dodatkowych kubitów fizycznych do przechowywania i przetwarzania informacji.

Korzystając z narzędzia do szacowania zasobów, możesz zrozumieć wpływ wyborów projektu architektury i schematów poprawek błędów kwantowych. Narzędzie do szacowania zasobów pomoże Ci zrozumieć, ile kubitów jest potrzebnych do uruchomienia aplikacji, jak długo potrwa uruchomienie i które technologie kubitów lepiej nadają się do rozwiązania konkretnego problemu. Zrozumienie tych wymagań umożliwi przygotowanie i udoskonalenie rozwiązań kwantowych do uruchamiania na przyszłych skalowanych maszynach kwantowych.

Jakie funkcje sprawiają, że narzędzie do szacowania zasobów jest unikatowe?

Narzędzie do szacowania zasobów to zaawansowane narzędzie, które obejmuje wszystkie poziomy stosu obliczeń kwantowych. Stos obliczeń kwantowych można podzielić na trzy poziomy: poziom aplikacji, poziom programowania kwantowego lub kompilacji oraz poziom sprzętu lub modelowania.

Narzędzie do szacowania zasobów umożliwia dostosowanie parametrów poszczególnych poziomów i przeanalizowanie wpływu na ogólne zasoby potrzebne do uruchomienia programu kwantowego.

Dostosowywanie

Narzędzie do szacowania zasobów można dostosować i określić cechy systemu kwantowego. Możesz użyć wstępnie zdefiniowanych target parametrów lub dostosować je do własnych potrzeb. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Dostosowywanie oszacowań zasobów do cech maszyny.

Parametry docelowe	Opisywanie systemu
Model kubitu fizycznego	Na przykład określ zestaw instrukcji, czas pomiaru kubitu, współczynniki błędów lub czasy bramy.
Schemat korekty błędów kwantowych	Na przykład określ liczbę kubitów fizycznych na kubit logiczny, czas cyklu logicznego lub próg korekty błędu.
Budżet błędów	Na przykład określ budżet błędów, aby zaimplementować kubity logiczne, destylację stanów T i syntezę bram rotacji.
Jednostki destylacyjne	Na przykład określ liczbę stanów T wymaganych do procesu destylowania, liczbę stanów T produkowanych jako dane wyjściowe z procesu destylowania lub prawdopodobieństwo niepowodzenia procesu destylowania.
Ograniczenia	Na przykład określ maksymalną liczbę kubitów fizycznych, maksymalny czas wykonywania lub maksymalną liczbę kopii fabrycznych T.

Elastyczność

Możesz przenieść własny kod i narzędzia kompilacji do narzędzia do szacowania zasobów. Narzędzie do szacowania zasobów obsługuje dowolny język, który tłumaczy się na język QIR, na przykład Q# i Qiskit. Zobacz Różne sposoby uruchamiania narzędzia do szacowania zasobów.

Wiele oszacowań wsadowych

Narzędzie do szacowania zasobów umożliwia oszacowanie zasobów potrzebnych do uruchomienia tego samego algorytmu kwantowego dla różnych konfiguracji parametrów targeti porównanie wyników. W ten sposób można zrozumieć, jak architektura kubitu, schemat QEC i pozostałe target parametry wpływają na ogólne zasoby.

Optymalizacja

Czas wykonywania narzędzia do szacowania zasobów można skrócić, włączając pewne oszacowania w ogólnym koszcie. Jeśli na przykład pracujesz z dużym programem, możesz obliczyć i zapisać w pamięci podręcznej koszt podproceducji lub jeśli znasz już oszacowania dla operacji , możesz przekazać je do narzędzia do szacowania zasobów.

Wizualizacja zasobów

Możesz zwizualizować kompromisy między liczbą fizycznych kubitów a środowiskiem uruchomieniowym algorytmu przy użyciu diagramu czasu kosmicznego, co pozwala znaleźć optymalną kombinację {liczby kubitów, runtime} par.

Możesz również sprawdzić rozkład fizycznych kubitów używanych dla algorytmu i fabryk T przy użyciu diagramu kosmicznego.

Wprowadzenie do narzędzia do szacowania zasobów

Narzędzie do szacowania zasobów jest częścią zestawu Azure Quantum Development Kit (modern QDK). Aby rozpocząć pracę, zobacz Uruchamianie pierwszego oszacowania zasobów.

W poniższej tabeli przedstawiono różne scenariusze użytkowników i zalecane artykuły, które należy rozpocząć od narzędzia do szacowania zasobów.

Scenariusz użytkownika	Chcesz
Opracowujem kody QEC	Możesz użyć narzędzia do szacowania zasobów, aby dostosować kody QEC i porównać różne kombinacje parametrów. Zobacz Jak dostosować schematy QEC.
Opracowujem algorytmy kwantowe	Analizując wpływ różnych konfiguracji profilów sprzętowych i programowych na wymagania dotyczące zasobów, możesz uzyskać wgląd w wydajność algorytmu kwantowego w różnych warunkach sprzętu i błędów. Te informacje mogą pomóc w optymalizacji algorytmu pod kątem określonego sprzętu kwantowego lub współczynnika błędów. Zobacz Uruchamianie wielu konfiguracji parametrówtarget.
Chcę poprawić wydajność programów kwantowych	Aby dowiedzieć się, jak wykorzystać możliwości narzędzia do szacowania zasobów, zobacz Uruchamianie dużych programów i Korzystanie ze znanych oszacowań.
Interesuje mnie obliczenia kwantowe na dużą skalę	Narzędzie do szacowania zasobów umożliwia analizowanie zasobów rzeczywistych problemów, które mają zostać rozwiązane przez komputery kwantowe odporne na błędy na dużą skalę. Zobacz, jak można znaleźć w temacie Szacowanie zasobów dla obliczeń kwantowych na dużą skalę.
Opracowujem kryptografię bezpieczną kwantowo	Narzędzie do szacowania zasobów umożliwia porównanie wydajności różnych algorytmów szyfrowania, mocnych kluczy, typów kubitów i współczynników błędów oraz ich odporności na ataki kwantowe. Zobacz Szacowanie zasobów i kryptografia.

Uwaga

Jeśli wystąpi jakikolwiek problem podczas pracy z narzędziem do szacowania zasobów, zapoznaj się ze stroną Rozwiązywanie problemów.

Szacowanie zasobów na potrzeby obliczeń kwantowych na dużą skalę

Jeśli chcesz opracować algorytmy kwantowe dla komputerów kwantowych na dużą skalę, zapoznaj się z samouczkiem Szacowanie zasobów problemu z chemią kwantową .

Ten samouczek stanowi pierwszy krok w celu zintegrowania szacowania zasobów rozwiązań kwantowych z problemami ze strukturą elektroniczną. Jednym z najważniejszych zastosowań skalowanych komputerów kwantowych jest rozwiązywanie problemów z chemią kwantową. Symulacja złożonych układów kwantowych ma potencjał do odblokowania przełomów w takich obszarach, jak przechwytywanie dwutlenku węgla, brak bezpieczeństwa żywności i projektowanie lepszych paliw i materiałów.

Na przykład jeden z Hamiltonianów używanych w tym samouczku, nitrogenase_54orbital, opisuje enzym azotazowy. Jeśli można dokładnie zasymulować działanie tego enzymu na poziomie kwantowym, może to pomóc nam zrozumieć, jak je produkować na dużą skalę. Można zastąpić wysoce energochłonny proces, który jest używany do produkcji wystarczającej ilości nawozu do karmienia planety. Ma to potencjał, aby zmniejszyć globalny ślad węglowy, a także pomóc w rozwiązaniu problemów związanych z brakiem bezpieczeństwa żywnościowego w rosnącej populacji.