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 схем с пакетными квантовыми вычислениями

Пакетные квантовые вычисления позволяют отправлять несколько квантовых схем в виде одного задания в квантовое оборудование.

Как правило, квантовые схемы отправляются по одной в качестве отдельных заданий на квантовое оборудование. Когда клиент получает результат одного канала, следующий канал добавляется в очередь в качестве нового задания. Объединение нескольких схем в одно задание устраняет ожидание между отправками, что позволяет быстрее выполнять несколько заданий. Примеры проблем, которые могут воспользоваться пакетными квантовыми вычислениями, включают алгоритм Shor и простую квантовую оценку фазы.

С помощью модели пакетных вычислений можно также объединить в пакет несколько предопределенных схем в одно задание. Цепи отправляются квантовому оборудованию, как только закончится предыдущая цепь, уменьшая ожидание между отправками задач.

В этой архитектуре состояние кубитов теряется между каждой отправкой схемы.

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, имеют приоритет над заданиями, не входящими в сеансы.

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 сократить время ожидания в очереди и выполнять продолжительные вычисления, 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 длительными логическими кубитами, модель распределенных квантовых вычислений обеспечивает вычисления в реальном времени между квантовыми и распределенными ресурсами. 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.