Introdução ao Avaliador de Recursos do Azure Quantum

Este artigo apresenta o Avaliador de Recursos do Azure Quantum, uma poderosa ferramenta de software livre que permite estimar os recursos necessários para executar um programa quântico em um computador quântico.

O que é o Avaliador de Recursos do Azure Quantum?

O Avaliador de Recursos do Azure Quantum é uma ferramenta de software livre que permite estimar os recursos necessários para executar um determinado algoritmo quântico em um computador quântico tolerante a falhas.

Dica

O Avaliador de Recursos do Azure Quantum é gratuito e não requer uma conta do Azure.

O Avaliador de Recursos fornece o número total de qubits físicos e lógicos, runtime, bem como detalhes das fórmulas e valores usados para cada estimativa. Isso significa que o desenvolvimento de algoritmos se torna o foco, com o objetivo de otimizar o desempenho e diminuir o custo. Com o Avaliador de Recursos do Azure Quantum, você pode comparar tecnologias qubit, esquemas de correção de erros quânticos e outras características de hardware para entender como eles afetam os recursos necessários para executar um programa quântico.

Você pode começar com configurações de parâmetro qubit bem conhecidas e predefinidas e esquemas de QEC (correção de erros quânticos) ou definir configurações exclusivas em uma ampla variedade de características do computador, como taxas de erro de operação, velocidades de operação e esquemas de correção de erros e limites.

Por que a avaliação de recursos é importante no desenvolvimento da computação quântica?

Embora os computadores quânticos prometam resolver problemas científicos e comerciais importantes, alcançar a viabilidade comercial exigirá computadores quânticos tolerantes a falhas em larga escala que têm um grande número de qubits em superposição e taxas de erro físicas abaixo de um determinado limite. A viabilidade comercial e científica também exigirá que os esquemas QEC alcancem tolerância a falhas. A QEC tem uso intensivo de tempo e espaço, e exige maior tempo de execução para algoritmos ou operações de nível lógico, bem como qubits físicos adicionais para armazenar e calcular informações.

Usando o Avaliador de Recursos, você pode entender o impacto das opções de design de arquitetura e dos esquemas de correção de erros quânticos. O Avaliador de Recursos ajudará você a entender quantos qubits são necessários para executar um aplicativo, quanto tempo levará para ser executado e quais tecnologias qubit são mais adequadas para resolver um problema específico. Entender esses requisitos permitirá que você prepare e refinar soluções quânticas para serem executadas em máquinas quânticas em escala futuras.

Quais recursos tornam o Avaliador de Recursos exclusivo?

O Avaliador de Recursos é uma ferramenta poderosa que envolve todos os níveis de pilha de computação quântica. A pilha de computação quântica pode ser dividida em três níveis: o nível do aplicativo, a programação quântica ou o nível de compilação e o nível de hardware ou modelagem.

O Avaliador de Recursos permite personalizar os parâmetros de cada nível e analisar como eles afetam os recursos gerais necessários para executar um programa quântico.

Personalização

Você pode adaptar o Avaliador de Recursos e especificar as características do sistema quântico. Você pode usar os parâmetros predefinidos target ou personalizá-los de acordo com suas necessidades. Para obter mais informações, consulte Personalizar estimativas de recursos para características do computador.

Parâmetros de destino	Descrever seu sistema
Modelo de qubit físico	Por exemplo, especifique o conjunto de instruções, o tempo de medição do qubit, as taxas de erro ou os tempos de portão.
Esquema de correção de erro quântico	Por exemplo, especifique o número de qubits físicos por qubit lógico, a hora do ciclo lógico ou o limite de correção de erro.
Orçamento de erros	Por exemplo, especifique o orçamento de erro para implementar qubits lógicos, destilação de estados T e síntese dos portões de rotação.
Unidades de destilação	Por exemplo, especifique o número de estados T necessários para o processo de destilação, o número de estados T produzidos como saída do processo de destilação ou a probabilidade de falha do processo de destilação.
Restrições	Por exemplo, especifique o número máximo de qubits físicos, o runtime máximo ou o número máximo de cópias de fábrica T.

Flexibilidade

Você pode trazer seu próprio código e ferramentas de compilação para o Avaliador de Recursos. O Avaliador de Recursos dá suporte a qualquer idioma que seja convertido em QIR, por exemplo, Q# e Qiskit. Confira Diferentes maneiras de executar o Avaliador de Recursos.

Estimativas múltiplas do lote

O Avaliador de Recursos permite estimar os recursos necessários para executar o mesmo algoritmo quântico para diferentes configurações de target parâmetros e comparar os resultados. Dessa forma, você pode entender como a arquitetura qubit, o esquema QEC e o restante dos target parâmetros afetam os recursos gerais.

Otimização

Você pode reduzir o tempo de execução do Avaliador de Recursos incorporando algumas estimativas no custo geral. Por exemplo, se você estiver trabalhando com um programa grande, poderá calcular e armazenar em cache o custo das sub-rotinas ou, se já souber as estimativas de uma operação , poderá passá-las para o Avaliador de Recursos.

Visualização de recursos

Você pode visualizar as compensações entre o número de qubits físicos e o runtime do algoritmo usando o diagrama de tempo de espaço, que permite encontrar a combinação ideal de {número de qubits, pares de runtime}.

Você também pode inspecionar a distribuição de qubits físicos usados para o algoritmo e as fábricas T usando o diagrama de espaço.

Introdução ao Avaliador de Recursos

O Avaliador de Recursos faz parte do QDK Moderno (Kit de Desenvolvimento do Azure Quantum). Para começar, consulte Executar sua primeira estimativa de recurso.

A tabela a seguir mostra diferentes cenários de usuário e os artigos recomendados para começar com o Avaliador de Recursos.

Cenário do usuário	Você deseja
Estou desenvolvendo códigos QEC	Você pode usar o Avaliador de Recursos para personalizar seus códigos QEC e comparar diferentes combinações de parâmetros. Confira Como personalizar seus esquemas QEC.
Estou desenvolvendo algoritmos quânticos	Analisando o impacto de diferentes configurações de perfis de hardware e software nos requisitos de recursos, você pode obter insights sobre como seu algoritmo quântico pode ser executado em diferentes condições de hardware e erro. Essas informações podem ajudá-lo a otimizar seu algoritmo para taxas de erro ou hardware quântico específicas. Consulte Executando várias configurações de target parâmetros.
Quero melhorar o desempenho de programas quânticos	Para saber como aproveitar o poder do Avaliador de Recursos, consulte Executando programas grandes e Usando estimativas conhecidas.
Estou interessado em computação quântica em larga escala	Você pode usar o Avaliador de Recursos para analisar os recursos de problemas do mundo real que devem ser resolvidos por computadores quânticos tolerantes a falhas em larga escala. Veja como, na estimativa de recursos para computação quântica em larga escala.
Estou desenvolvendo criptografia quântica segura	Você pode usar o Avaliador de Recursos para comparar o desempenho de diferentes algoritmos de criptografia, pontos fortes de chave, tipos de qubit e taxas de erro e sua resiliência a ataques quânticos. Confira Estimativa de recursos e criptografia.

Observação

Se você tiver algum problema ao trabalhar com o Avaliador de Recursos, marcar a página Solução de problemas.

Estimativa de recursos para computação quântica em larga escala

Se você quiser desenvolver algoritmos quânticos para computadores quânticos em larga escala, marcar o tutorial Estimar os recursos de um problema de química quântica.

Este tutorial representa uma primeira etapa para integrar a estimativa de recursos de soluções quânticas a problemas de estrutura eletrônica. Uma das aplicações mais importantes de computadores quânticos dimensionados é resolver problemas de química quântica. A simulação de sistemas mecânicos quânticos complexos tem o potencial de desbloquear avanços em áreas como captura de carbono, insegurança alimentar e design de melhores combustíveis e materiais.

Por exemplo, um dos hamiltonianos usados neste tutorial, o nitrogenase_54orbital, descreve a enzima nitrogenase. Se você pudesse simular com precisão como essa enzima funciona em um nível quântico, isso poderia nos ajudar a entender como produzi-la em escala. Você poderia substituir o processo altamente intensivo de energia que é usado para produzir fertilizante suficiente para alimentar o planeta. Isso tem o potencial de reduzir a pegada global de carbono e também ajudar a resolver preocupações sobre a insegurança alimentar em uma população em crescimento.