Microsoft Quantum kaynak tahmin aracı nedir?

Kuantum bilgisayarlar kirlilik ve hatalara açıktır çünkü tek tek kubitler ortam koşullarındaki değişikliklere karşı son derece hassastır. Hataya dayanıklı kuantum bilişimi, kuantum hata düzeltme (QEC) kodları kullanan algoritmalar gerektirir. Bu kodlar tek tek fiziksel kubit koleksiyonlarından mantıksal kubitler oluşturur ve kullanır. Mantıksal kubitler, bir program bir kuantum bilgisayarda çalışırken hataları düzelterek kuantum hesaplamalarının güvenilir sonuçlar sunabilmesini sağlar.

Microsoft Quantum kaynak tahmin aracı, Microsoft Quantum Development Kit (QDK) Python paketinde bulunan ve hataya dayanıklı bir kuantum bilgisayarda kuantum programı çalıştırmak için gereken kaynakları tahmin etmenizi sağlayan açık kaynaklı bir araçtır. Hata düzeltme kodları, kuantum algoritmasının fiziksel kubit sayısını ve çalışma süresini artırır. Kaynak tahmin aracı, bir kuantum uygulamasının belirli bir donanımda belirli bir hata düzeltme düzeniyle çalışması için kaç fiziksel kubit ve ne kadar süre gerektiğini belirler.

Kuantum kaynağı tahmin aracıyla kubit teknolojilerini, kuantum hata düzeltme düzenlerini ve donanım teknolojilerini karşılaştırarak kuantum programını çalıştırmak için gereken kaynaklar üzerindeki etkisini anlayabilirsiniz.

Kuantum kaynağı tahmin aracı nasıl çalışır?

Kaynak tahmin aracı, esnek ve birleştirilebilir olacak şekilde katmanlı bir modelleme yaklaşımı etrafında tasarlanmıştır. Uygulama, donanım ve hata düzeltme düzeni için modeller oluşturursunuz. Ayrıca bu modellerin nasıl etkileşim kuracağını da belirtirsiniz. Tüm modeller ve yönergeler birbirinden bağımsızdır, bu nedenle farklı model bileşimlerini birleştirebilir ve karşılaştırabilirsiniz.

Kaynak tahmin aracı, katmanları bağlamak için ara gösterimleri kullanır. Bu gösterimler tahmin aracının uygulamasının bir parçasıdır ve tipik kullanım için gerekli değildir. Standart programlama dilleri ve üst düzey yapılandırma modelleri aracılığıyla kaynak tahmin aracıyla etkileşim kurarsınız.

Kuantum kaynağı tahmin aracı dört giriş gerektirir:

• Q# programı gibi kuantum hesaplamasını açıklayan bir uygulama modeli
• Belirli geçit sürelerine ve hata oranlarına target sahip geçit tabanlı süper iletken kubitler gibi kuantum donanımını açıklayan bir mimari modeli
• Donanım mimarisi modeline karşılık gelen bir hata düzeltme ve fabrika distilasyonu modeli
• Mantıksal kubitlerdeki işlemler için izin verilen en yüksek hata oranı olan hata bütçesi

Kaynak tahmin aracı, uygulama modelinden bir veya daha fazla uygulama izlemesi oluşturur. Bu izlemeler, kubitlere uygulanan yönerge dizilerinin küçük gösterimleridir. Mimari modeli ve hata düzeltme modelinden kaynak tahmin aracı, işlem sürelerini, kubit maliyetlerini ve hata oranlarını belirten bir fiziksel yönerge kümesi (ISA) türetir.

Hem uygulama katmanı hem de mimari katmanı yapılandırılabilir dönüşümlere dönüştürülür. Uygulama katmanındaki trace dönüşümleri, kapı ayrışımlarını ve yerleşim rutinlerini içerir. Mimari katmanındaki ISA dönüşümleri, mimarinin fiziksel temel öğelerinden daha yüksek aslına uygun mantıksal yönerge kümeleri oluşturmak için kuantum hata düzeltme kodlarını ve sihirli durum fabrikalarını içerir.

Her katmanda birçok geçerli tasarım seçeneği olduğundan kaynak tahmin aracı büyük bir birleştirici tasarım alanını keşfeder. Örneğin, farklı QEC kod uzaklıkları, farklı fabrika protokolleri ve farklı ayrıştırma parametreleri. Kaynak tahmin aracı, her birleşim için fiziksel kubit sayılarını, çalışma sürelerini ve birikmiş hata oranlarını değerlendirmek için uygulama izleme ve mimari ISA'sının her birleşimini inceler. Sonuçlar, belirtilen hata bütçesi içinde kalırken hem kubitlerde hem de çalışma zamanında aynı anda daha iyi başka bir sonucun olmadığı en uygun yapılandırma kümesi olan Pareto-optimal sınıra göre filtrelenir.

Uygulama dili desteği

Kaynak tahmin aracı aşağıdaki programlama dillerinde ve ara biçimlerde kuantum uygulamalarını kabul eder:

• Q#
• Cirq
• OpenQASM
• QIR
• Mantıksal sayımlar
• Özel uygulamalar

QIR ve özel uygulamalar oluşturma özelliği sayesinde kaynak tahmin aracı dilden bağımsızdır ve çok çeşitli kuantum programlama araçlarını destekler. Farklı çerçevelerdeki uygulamalar aynı tahmin işlem hattı kullanılarak analiz edilir. Ayrıca, bu desteklenen çerçevelerin dışında özel uygulamalar da oluşturabilirsiniz.

Mimari donanım desteği

Kaynak tahminleri, donanım hakkındaki target varsayımlara ve mantıksal işlemleri hatalardan koruyan hata düzeltme koduna bağlıdır. Kaynak tahmin aracı, ortak mimariler ve hata düzeltme düzenleri için yerleşik modeller içerir. Ayrıca, varsayımsal mimarileri keşfetmek, yeni teknolojileri değerlendirmek veya fiziksel parametrelerdeki değişikliklerin bir programı çalıştırmak için kaynak gereksinimlerini nasıl etkilediğini incelemek için kendi özel donanım ve hata düzeltme modellerinizi tanımlayabilirsiniz.

Tahminleri karşılaştırma ve sonuçları görselleştirme

Kaynak tahmin aracı, mimari modellerinin farklı yapılandırmaları target için aynı kuantum algoritmasını çalıştırmak için gereken kaynakları tahmin etmenizi sağlar. Sonuçları karşılaştırmak için her yapılandırmanın sonuçlarını çizebilirsiniz. Tahminleri karşılaştırdığınızda kubit mimarisinin, QEC düzeninin ve diğer donanım parametrelerinin programınızı çalıştırmak için gereken genel kaynakları nasıl etkilediğini anlayabilirsiniz.

Kaynak tahmin aracıyla çalışmaya başlama

Başlamak için bkz. Microsoft Quantum kaynak tahmin aracını yükleme ve kullanma.

Daha fazla bilgi ve kod örnekleri için GitHub'daki QDK deposundaki kuantum kaynağı tahmin aracı örneklerine bakın.