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 programa quântico em um computador quântico tolerante a falhas.
O Avaliador de Recursos calcula o número total de qubits físicos e lógicos, o runtime e os detalhes das fórmulas e valores usados para cada estimativa. Com o Avaliador de Recursos do Azure Quantum, você pode comparar tecnologias de qubit, esquemas de correção de erros quânticos e outras características de hardware para entender como elas afetam os recursos necessários para executar um programa quântico.
Dica
O Avaliador de Recursos do Azure Quantum é gratuito e não requer uma conta do Azure.
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, o nível de programação ou compilação quântica e o nível de hardware ou modelagem.
O Avaliador de Recursos permite que você personalize os parâmetros de cada nível e analise como eles afetam os recursos gerais necessários para executar um programa quântico.
Personalização
O Avaliador de Recursos tem uma API de extensibilidade para modelar qualquer arquitetura quântica e modificar todas as suposições. Você pode adaptar o Avaliador de Recursos e especificar as características do seu sistema quântico.
Você pode usar parâmetros de qubit predefinidos e esquemas de QEC (correção de erro quântico) ou definir configurações exclusivas em uma ampla variedade de características do computador. Para obter mais informações, consulte Personalizar os target parâmetros do Avaliador de Recursos.
| Parâmetros Target | Descreva seu sistema |
|---|---|
| Modelo de qubit físico | Por exemplo, especifique o conjunto de instruções, o tempo de medição de qubit, as taxas de erro ou os tempos de porta. |
| Esquema de correção de erros quânticos | Por exemplo, especifique o número de qubits físicos por qubit lógico, o tempo de ciclo lógico ou o limite de correção de erros. |
| Orçamento de erro | Por exemplo, especifique o orçamento de erro para implementar qubits lógicos, destilação de estados T e síntese das portas 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 tempo de execução máximo ou o número máximo de cópias de fábrica T. |
Observação
Com o Avaliador de Recursos, você pode modelar qualquer arquitetura quântica. Por exemplo, a startup Alice & Bob's usa o Resource Estimator para avaliar sua arquitetura, que usa cat qubits e código de correção de erros de repetição. Para obter mais informações, consulte esta postagem no blog Q#
Flexibilidade
Você pode trazer seu próprio código e ferramentas de compilação para o Avaliador de Recursos. O Avaliador de Recursos dá suporte a qualquer linguagem que se traduza em QIR, por exemplo, Q# e Qiskit. Consulte Diferentes maneiras de executar o Avaliador de Recursos.
Agrupar várias estimativas
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 de qubits, 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 estimativas para 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 tempo de execução do algoritmo usando o diagrama de espaço-tempo, que permite encontrar a combinação ideal de pares {número de qubits, tempo de execução}.
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 (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. Consulte Como personalizar seus esquemas QEC. |
| Estou desenvolvendo algoritmos quânticos | Ao analisar 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 funcionar em diferentes condições de hardware e erro. Essas informações podem ajudá-lo a otimizar seu algoritmo para hardware quântico específico ou taxas de erro. Consulte Execução de 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 grande escala. Veja como em 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. Consulte Estimativa de recursos e criptografia. |
Observação
Se você tiver algum problema ao trabalhar com o Avaliador de recursos, confira a página Solução de problemas.
Estimativa de recursos para computação quântica em larga escala
Se você quiser desenvolver algoritmos quânticos para computadores quânticos de grande escala, confira o tutorial Estimar os recursos de um problema de química quântica.
Este tutorial representa um primeiro passo para integrar a estimativa de recursos de soluções quânticas a problemas de estrutura eletrônica. Uma das aplicações mais importantes dos computadores quânticos em escala é resolver problemas de química quântica. A simulação de sistemas complexos de mecânica quântica tem o potencial de desbloquear avanços em áreas como captura de carbono, insegurança alimentar e projeto 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 em energia que é usado para produzir fertilizantes suficientes para alimentar o planeta. Isso tem o potencial de reduzir a pegada de carbono global e também de ajudar a resolver as preocupações com a insegurança alimentar em uma população crescente.
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 em larga escala e tolerantes a falhas, que tenham um grande número de qubits em superposição e taxas de erro físico abaixo de um determinado limite. A viabilidade comercial e científica também exigirá que os esquemas QEC atinjam a 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 escolhas de design arquitetônico e 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 de qubit são mais adequadas para resolver um problema específico. Entender esses requisitos permitirá que você prepare e refine soluções quânticas para serem executadas em futuras máquinas quânticas dimensionadas.