Что такое гибридные квантовые вычисления?
Гибридные квантовые вычисления относятся к процессам и архитектуре классического компьютера и квантовому компьютеру, работающему вместе для решения проблемы. Благодаря последнему поколению архитектуры гибридных квантовых вычислений, доступной в Azure Quantum, можно начать программирование квантовых компьютеров, смешивая классические и квантовые инструкции вместе.
Azure Quantum реализует перспективу гибридного квантового вычисления, где некоторые архитектуры уже работают, а другие активно разрабатываются. В этой статье описываются различные подходы к гибридным квантовым вычислениям и их использование для оптимизации определенных проблем.
Группирование каналов с пакетными квантовыми вычислениями
Пакетные квантовые вычисления позволяют отправлять несколько квантовых каналов в виде одного задания в квантовое оборудование.
Как правило, квантовые каналы отправляются одновременно в качестве отдельных заданий в целевой объект квантового оборудования. Когда клиент получает результат одного канала, следующий канал добавляется в очередь в качестве нового задания. Пакетная обработка нескольких каналов в одно задание устраняет ожидание между отправками заданий, что позволяет ускорить выполнение нескольких заданий. Примеры проблем, которые могут воспользоваться пакетными квантовыми вычислениями, включают алгоритм Shor и простую квантовую оценку фазы.
С помощью модели пакетных вычислений можно также пакетить несколько предопределенных каналов в одно задание. Каналы отправляются квантовому оборудованию сразу после завершения предыдущего канала, уменьшая ожидание между отправкой заданий.
В этой архитектуре состояние кубитов теряется между каждой отправкой канала.
Примечание.
Azure Quantum в настоящее время не поддерживает пакетные квантовые вычисления.
Группирование заданий с сеансами
Сеансы позволяют упорядочивать несколько заданий квантовых вычислений с возможностью выполнения классического кода между квантовыми заданиями. Вы сможете выполнять сложные алгоритмы для более эффективной организации и отслеживания отдельных заданий квантовых вычислений. Кроме того, задания, сгруппированные в сеансах, приоритетом являются задания, не являющиеся сеансами.
В этой модели клиентский вычислительный ресурс перемещается в облако, что приводит к снижению задержки и повторному выполнению квантового канала с разными параметрами. Хотя сеансы позволяют более короткое время очереди и более длительные проблемы, состояния кубитов не сохраняются между каждой итерацией. Примерами проблем, которые могут использовать этот подход, являются Variational Quantum Eigensolvers (VQE) и Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).
Дополнительные сведения см. в статье "Начало работы с сеансами".
Выполнение гибридных квантовых вычислений
С гибридными квантовыми вычислениями классические и квантовые архитектуры тесно связаны, что позволяет выполнять классические вычисления в то время как физические кубиты согласованы. Хотя это ограничено жизнью кубита и исправлением ошибок, это позволяет квантовым программам отходить от просто каналов. Теперь программы могут использовать распространенные конструкции программирования для выполнения измерений среднего канала, оптимизации и повторного использования кубитов и адаптации в режиме реального времени к QPU. Примеры сценариев, которые могут воспользоваться этой моделью, — адаптивная оценка этапов и машинное обучение.
Дополнительные сведения см. в разделе "Интегрированные квантовые вычисления".
Выполнение распределенных квантовых вычислений
В этой архитектуре классические вычисления работают вместе с логическими кубитами. С полностью интегрированным классическим контролем и более длительным логическим кубитами модель распределенных квантовых вычислений обеспечивает вычисления в реальном времени в квантовых и распределенных ресурсах. Классические элементы управления больше не ограничиваются циклами и позволяют сценариям, таким как сложное моделирование материалов или оценка полных каталитических реакций.
Примечание.
Azure Quantum в настоящее время не поддерживает распределенные квантовые вычисления.