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Quantinuum 提供程序

项目
08/10/2023

提示

首次使用的用户自动获得 500 美元 (美元的免费) Azure Quantum 额度，用于每个参与的量子硬件提供商。如果你已用完所有额度，且需要更多额度，可以申请 Azure Quantum 额度计划。

Quantinuum 提供对离子阱系统的访问权限，该系统具有高保真特性、完全连接的量子比特，并能够执行中间线路测量。

提供程序：Quantinuum
提供程序 ID：quantinuum

目标

可从此提供程序获取以下内容 targets ：

目标名称	目标 ID	量子比特数	说明
H1-1 语法检查器	quantinuum.sim.h1-1sc	20 个量子比特	在提交到 Quantinuum 平台上的硬件或仿真器之前，使用此方法针对 H1-1 编译器验证量子程序。免费。
H1-2 语法检查器	quantinuum.sim.h1-2sc	20 个量子比特	在提交到 Quantinuum 平台上的硬件或仿真器之前，使用此方法针对 H1-2 编译器验证量子程序。免费。
H2-1 语法检查器	quantinuum.sim.h2-1sc	32 个量子比特	在提交到 Quantinuum 平台上的硬件或仿真器之前，使用它针对 H2-1 编译器验证量子程序。免费。
H1-1 模拟器	quantinuum.sim.h1-1e	20 个量子比特	使用 H1-1 的现实物理模型和噪音模型。
H1-2 仿真器	quantinuum.sim.h1-2e	20 个量子比特	使用 H1-2 的现实物理模型和噪音模型。
H2-1 仿真器	quantinuum.sim.h2-1e	32 个量子比特	使用 H2-1 的逼真物理模型和噪声模型。
H1-1	quantinuum.qpu.h1-1	20 个量子比特	Quantinuum 的 H1-1 离子阱装置。
H1-2	quantinuum.qpu.h1-2	20 个量子比特	Quantinuum 的 H1-2 离子阱装置。
H2-1	quantinuum.qpu.h2-1	32 个量子比特	Quantinuum 的 H2-1 捕获离子装置。

Quantinuum 的 targets 对应于配置文件 Basic Measurement Feedback 。有关此 target 配置文件及其限制的详细信息，请参阅了解 target Azure Quantum 中的配置文件类型。

所有 Quantinuum targets 现在都支持集成混合线路。有关提交集成混合作业的详细信息，请参阅集成混合计算。

若要开始在 Azure Quantum 上使用 Quantinuum 提供程序，请参阅 Q# 和 Azure Quantum 笔记本入门。

提示

在会话下提交的量子作业对 Quantinuum 硬件具有 独占访问权限 ，前提是在一分钟内将作业排入队列。之后，任何作业都将被接受，并使用标准队列和优先顺序逻辑进行处理。有关详细信息，请参阅 Azure Quantum 中的会话。

语法检查程序

建议用户首先使用语法检查程序验证其代码。这是一个用于验证正确语法、编译完成和计算机兼容性的工具。语法检查器使用与量子计算机相同的编译器。target 例如，H1-2 语法检查程序使用与 H1-2 相同的编译器。执行完整编译堆栈，但不执行实际的量子运算。如果代码编译，语法检查器将 success 返回状态以及所有 0 的结果。如果代码未编译，语法检查器将返回失败状态，并提供返回的错误以帮助用户调试其线路语法。开发人员可以使用语法检查程序随时验证其代码，即使计算机处于脱机状态。

作业类型：Simulation
数据格式：honeywell.openqasm.v1、honeywell.qir.v1
目标 ID：
- H1-1 语法检查器：quantinuum.sim.h1-1sc
- H1-2 语法检查器：quantinuum.sim.h1-2sc
- H2-1 语法检查器： quantinuum.sim.h2-1sc
目标执行配置文件：基本测量反馈

语法检查器使用情况为免费提供。

System Model H1 仿真器

使用语法检查器验证其代码的语法后，用户可以利用 Quantinuum 的系统模型 H1 仿真器、包含详细物理模型和实际系统模型 H1 硬件的真实噪声模型的仿真工具。噪声模型派生自硬件的详细特征。系统模型 H1 仿真器使用与系统模型 H1 硬件相同的 API 提交作业，从而实现从仿真到硬件的无缝转换。为了帮助最大限度地提高工作效率并缩短开发时间，即使硬件处于脱机状态，系统型号 H1 仿真器也可用。

有关详细信息，请参阅系统型号 H1 页上的系统型号 H1 仿真器产品数据表。

作业类型：Simulation
数据格式：quantinuum.openqasm.v1
目标 ID：
- H1-1 仿真器：quantinuum.sim.h1-1e
- H1-2 仿真器：quantinuum.sim.h1-2e
目标执行配置文件： Basic Measurement Feedback

硬件订阅免费提供系统型号 H1 仿真器的使用情况。有关详细信息，请参阅 Azure Quantum 定价。

System Model H1

由 Honeywell 提供支持的 H1 代量子计算机系统模型由量子充电耦合设备 (QCCD) 一个线性部分组成，目前包括两台计算机 targets：H1-1 和 H1-2。这两台量子计算机的设计基本相同，并且都满足一组名义上的技术要求。但是，它们在确切的性能和功能方面可能具有系统到系统的可变性，例如可用量子比特的最大数量。建议用户在将作业提交到计算机之前，先将作业提交到语法检查器和系统模型 H1 模拟器，以测试代码target的兼容性。

系统型号 H1 计算机 H1-1 和 H1-2 在其整个产品生命周期内持续升级。用户可以访问最新、先进且功能强大的可用硬件。

有关详细信息，请参阅 系统型号 H1 页面上 的系统型号 H1 产品数据表。

作业类型：Quantum Program
数据格式：honeywell.openqasm.v1、honeywell.qir.v1
目标 ID：
- H1-1：quantinuum.qpu.h1-1
- H1-2：quantinuum.qpu.h1-2
目标执行配置文件： Basic Measurement Feedback

系统模型 H2 仿真器

使用 H2-1 语法检查器验证其代码的语法后，用户可以利用 Quantinuum 的系统模型 H2 模拟器，这是一个仿真工具，其中包含实际系统模型 H2 硬件的详细物理模型和逼真的噪声模型。有关噪声模型的详细信息，请参阅 系统型号 H2 仿真器产品数据表 中的系统型号 H2 页面。系统模型 H2 模拟器使用与系统模型 H2 硬件相同的 API 提交作业，从而实现从仿真到硬件的无缝转换。为了帮助最大限度地提高工作效率并缩短开发时间，即使硬件处于脱机状态，H2 仿真器也可用。

作业类型：Simulation
数据格式：quantinuum.openqasm.v1
目标 ID：
- H2-1 仿真器： quantinuum.sim.h2-1e
目标执行配置文件：基本测量反馈

硬件订阅免费提供系统型号 H2 仿真器的使用情况。有关详细信息，请参阅 Azure Quantum 定价。

系统型号 H2

由 Honeywell 提供支持的 Quantinuum 系统模型 H2 代量子计算机由量子充电耦合设备 (QCCD) 组成，具有两个连接的线性部分，目前有 1 台计算机 H2-1。有关详细信息，请参阅 系统型号 H2 页面上的系统型号 H2 产品数据表。建议用户在将作业提交到计算机之前，先将作业提交到语法检查器和系统模型 H2 模拟器，以测试其target代码的兼容性。

如果用户将作业提交到 H2-1 计算机，而 H2-1 计算机不可用，该作业将保留在该计算机的队列中，直到计算机可用。

系统型号 H2 硬件在整个产品生命周期内持续升级。用户可以访问最新、先进且功能强大的可用硬件。

作业类型：Quantum Program
数据格式：quantinuum.openqasm.v1
目标 ID：
- H2-1： quantinuum.qpu.h2-1
目标执行配置文件：基本测量反馈

系统型号 H1 和 H2 技术规范

系统模型 H1 和系统模型 H2 上的 Quantinuum 产品数据表中提供了有关系统模型 H1 和系统模型 H2 的技术详细信息，以及指向 Quantinuum 规范和量子卷数据存储库的链接，以及如何引用 Quantinuum 系统的使用情况。

其他功能

此处列出了通过 Quantinuum API 提供的其他功能。

功能	说明
MCMR) 中线路测量和重置 (	测量线路中间的量子比特并重复使用它们
任意角度 ZZ 门	直接执行 2 量子比特任意角度门旋转
仿真器噪声参数	试验 Quantinuum H 系列仿真器中使用的噪声参数
H 系列堆栈中的 TKET 优化	在 H 系列堆栈中尝试启用不同级别的 TKET 优化

用户可以通过 Azure Quantum Q# 和 Qiskit 提供程序中的线路函数或直通参数来利用这些附加功能。

中间线路测量和重置

中间线路测量和重置 (MCMR) 使用户能够测量线路中间的量子比特并重置它们。这可实现量子纠错功能，并能够在线路中重复使用量子比特。

由于被捕获离子量子比特的内部水平结构，中间线路测量可能会使量子比特处于非计算状态。如果要在该线路中再次使用量子比特，则所有中间线路测量后都应进行重置。以下代码示例对此进行了演示。

当在线路中间测量量子比特的子集时，这些测量中的经典信息可用于调整线路的未来元素。这些示例还突出显示了此用法。

有关 Quantinuum 系统中的 MCMR 的信息，请参阅系统型号 H1 和系统型号 H2 页上的 H 系列产品数据表。

使用 Q# 提供程序的 MCMR
将 MCMR 与 Qiskit 提供程序配合使用

在 Q# 中 MResetZ ，函数可用于测量量子比特并重置量子比特。有关此函数的详细信息，请参阅 MResetZ Q# 文档中的。

%%qsharp
open Microsoft.Quantum.Intrinsic;
open Microsoft.Quantum.Measurement;

operation ContinueComputationAfterReset() : Result[] {
    // Set up circuit with 2 qubits
    use qubits = Qubit[2];

    // Perform Bell Test
    H(qubits[0]);
    CNOT(qubits[0], qubits[1]);

    // Measure Qubit 1 and reset it
    let res1 = MResetZ(qubits[1]);

    // Continue additional computation, conditioned on qubits[1] measurement outcome
    if res1 == One {
         X(qubits[0]);
    }
    CNOT(qubits[0], qubits[1]);

    // Measure qubits and return results
    let res2 = Measure([PauliZ, PauliZ], qubits);
    return [res1, res2];
}

在 Qiskit 中，量子比特是显式测量和重置的。可以使用门后面的函数指定 c_if 条件操作。

from qiskit import QuantumRegister, ClassicalRegister, QuantumCircuit

# Set up quantum circuit
q = QuantumRegister(2)
c = ClassicalRegister(2)
circuit = QuantumCircuit(q, c)
circuit.name = "MCMR Example with Conditional Logic"

# Perform Bell Test
circuit.h(q[0])
circuit.cnot(q[0], q[1])

# Measure and reset Qubit 1
circuit.measure(q[1], c[1])
circuit.reset(q[1])

# Continue additional computation, conditioned on Qubit 1's measurement outcome
circuit.x(q[0]).c_if(c, 1)
circuit.cnot(q[0], q[1])

# Measure all qubits
circuit.measure(q, c)

# Print out the circuit
circuit.draw()

任意角度 ZZ 门

Quantinuum 的本机门集包括任意角度 ZZ 门。这有利于减少许多量子算法和门序列的 2 量子比特门计数。有关 Quantinuum 系统中的任意角度 ZZ 门的信息，请参阅系统型号 H1 和系统型号 H2 页上的 H 系列产品数据表。

使用 Q# 提供程序的任意角度 ZZ 门
使用 Qiskit 提供程序的任意角度 ZZ 门

在 Q# 中，任意角度 ZZ 门是通过 Rzz 操作实现的。

%%qsharp
open Microsoft.Quantum.Intrinsic;
open Microsoft.Quantum.Measurement;
open Microsoft.Quantum.Arrays;

operation ContinueComputationAfterReset(theta : Double) : Result[] {
    
    // Set up circuit with 2 qubits
    use qubits = Qubit[2];

    // Create array for measurement results
    mutable resultArray = [Zero, size = 2];

    H(qubits[0]);
    Rz(theta, qubits[0]);
    Rz(theta, qubits[1]);
    X(qubits[1]);

    // Add Arbitrary Angle ZZ gate
    Rzz(theta, qubits[0], qubits[1]);  

    // Measure qubits and return results
    for i in IndexRange(qubits) {
        set resultArray w/= i <- M(qubits[i]);  
    }
    
    return resultArray;
}

在 Qiskit 中，任意角度 ZZ 门是使用方法实现的 rzz 。

from qiskit import QuantumCircuit

theta = 0.25

# Set up quantum circuit
circuit = QuantumCircuit(2, 2)
circuit.name = "Arbitrary Angle ZZ Gate Example"

circuit.h(0)
circuit.rz(theta, 0)
circuit.rz(theta, 1)
circuit.x(1)

# Add arbitrary angle ZZ gate
circuit.rzz(theta, 0, 1)

circuit.measure_all()

仿真器噪声参数

用户可以选择试验 Quantinuum 仿真器的噪声参数。此处仅突出显示了几个可用的噪声参数，演示了如何通过 Azure Quantum 提供程序中的参数。

有关可用的完整噪声参数集的详细信息，请参阅系统型号 H1 和系统型号 H2 页上的 H 系列仿真器产品数据表。

使用 Q# 提供程序的模拟器噪声参数
使用 Qiskit 提供程序的模拟器噪声参数

首先，声明要在 Q# 中定义为可调用的函数，以便 Python 识别符号。

GenerateRandomBit: any = None

接下来，定义函数。

%%qsharp
open Microsoft.Quantum.Measurement;
open Microsoft.Quantum.Arrays;
open Microsoft.Quantum.Convert;

operation GenerateRandomBit() : Result {
    use target = Qubit();

    // Apply an H-gate and measure.
    H(target);
    return M(target);
}

现在，配置模拟器的噪音参数并提交作业。

# Set the emulator target to submit to
qsharp.azure.target("quantinuum.sim.h1-1e")

# Update the parameter names desired
# Note: This is not the full set of options available. 
# For the full set, see the System Model H1 Emulator Product Data Sheet
option_params = {
    "error-params": {
        "p1": 4e-5,
        "p2": 3e-3,
        "p_meas": 3e-3,
        "p_init": 4e-5,
        "p_crosstalk_meas": 1e-5,
        "p_crosstalk_init": 3e-5,
        "p1_emission_ratio": 6e-6,
        "p2_emission_ratio": 2e-4
    }
}

# Pass in the options when submitting the job
result = qsharp.azure.execute(GenerateRandomBit, 
                              shots = 100, 
                              jobName = "Experiment with Emulator Noise Parameters", 
                              timeout = 240,
                              jobParams = option_params)

# Specify the emulator backend target to submit to
backend = provider.get_backend("quantinuum.sim.h1-2e")

# Update the parameter names desired
# Note: This is not the full set of options available. 
# For the full set, see the System Model H1 Emulator Product Data Sheet
option_params = {
    "error-params": {
        "p1": 4e-5,
        "p2": 3e-3,
        "p_meas": 3e-3,
        "p_init": 4e-5,
        "p_crosstalk_meas": 1e-5,
        "p_crosstalk_init": 3e-5,
        "p1_emission_ratio": 6e-6,
        "p2_emission_ratio": 2e-4
    }
}
backend.options.update_options(**option_params)

# Submit the job
job = backend.run(circuit, count=100)
print("Job id:", job.id())

H 系列堆栈中的 TKET 编译

提交到 Quantinuum H 系列系统的线路 （集成混合提交除外）会自动通过 H 系列硬件的 TKET 编译阶段运行。这使线路能够自动针对 H 系列系统进行优化，并更高效地运行。

有关应用的特定编译阶段的详细信息，请参阅 pytket-quantinuum 文档，特别是 pytket-quantinuum 编译阶段部分。

在 H 系列软件堆栈中，应用的优化级别是使用参数设置的 tket-opt-level 。 提交到 H 系列系统的所有线路的默认编译设置为优化级别 2。

希望在提交任何作业之前尝试 TKET 编译并查看哪些优化将应用于其线路的用户可以在 Examples 文件夹中看到 Quantinuum_compile_without_api.ipynb 笔记本pytket-quantinuum。

有关的详细信息 pytket，请参阅以下链接：

使用 Q# 提供程序进行 TKET 编译
使用 Qiskit 提供程序进行 TKET 编译

首先，声明要在 Q# 中定义为可调用的函数，以便 Python 识别符号。

GenerateRandomBit: any = None

接下来，定义函数。

%%qsharp
open Microsoft.Quantum.Measurement;
open Microsoft.Quantum.Arrays;
open Microsoft.Quantum.Convert;

operation GenerateRandomBit() : Result {
    use target = Qubit();

    // Apply an H-gate and measure.
    H(target);
    return M(target);
}

现在，配置 TKET 优化级别参数并提交作业。

# Set the target to submit to
qsharp.azure.target("quantinuum.sim.h1-1e")

# Update TKET optimization level desired
option_params = {
    "tket-opt-level": 1
}

# Pass in the options when submitting the job
result = qsharp.azure.execute(GenerateRandomBit, 
                              shots = 100, 
                              jobName = "Experiment with TKET Compilation", 
                              timeout = 240,
                              jobParams = option_params)

# Specify the backend target to submit to
backend = provider.get_backend("quantinuum.sim.h1-2e")

# Update TKET optimization level desired
option_params = {
    "tket-opt-level": 1
}
backend.options.update_options(**option_params)

# Submit the job
job = backend.run(circuit, count=100)
print("Job id:", job.id())

技术规范

有关系统模型 H1 和 H2 以及系统模型 H1 和 H2 仿真器的技术详细信息，请参阅 Quantinuum 的产品数据表中的系统型号 H1 和系统模型 H2 页面，以及指向 Quantinuum 规范和量子卷数据存储库的链接，以及如何引用 Quantinuum 系统的使用情况。

目标可用性

Quantinuum H 系列量子计算机旨在持续升级，随着 Quantinuum 不断提高门保真度、减少内存错误并提升系统速度，使客户能够访问最新的硬件功能。

Quantinuum 硬件在商业和开发阶段循环。在商业阶段，硬件可通过队列系统处理作业。在开发阶段，硬件在应用升级时处于脱机状态。

每月都会向 Quantinuum 用户发送日历，其中包含有关商业和开发阶段的信息。如果你尚未收到此日历，请发送电子邮件至 QCsupport@quantinuum.com。

target的状态指示其当前处理作业的能力。的可能状态 target 包括：

可用：处于 target 联机状态，正在处理提交的作业并接受新作业。
已降级：正在 target 接受作业，但当前未处理作业。
不可用： target 处于脱机状态，不接受新的作业提交。

对于 Quantinuum 量子计算机 targets， “可用 ”和“ 降级 ”对应于商业时段，而 “不可用” 对应于计算机脱机进行升级的开发时段。

可以通过 Azure 门户中的工作区的“提供程序”选项卡来检索当前状态信息。

定价

若要查看 Quantinuum 的计费计划，请访问 Azure Quantum 定价。

限制和配额

Quantinuum 的配额根据提交到 Quantinuum 量子计算机的作业的 QPU 使用额度单位、 H-System Quantum Credit (HQC) 和提交到模拟器的作业的仿真器 HQC (eHQC) 进行跟踪。

HQC 和 eHQC 用于计算作业的运行成本，它们是根据以下公式计算的：

$$ HQC = 5 + C(N_{1q} + 10 N_{2q} + 5 N_m)/5000 $$

其中：

$N_{1q}$ 是线路中的单量子比特运算的数量。
$N_{2q}$ 是线路中的本机双量子比特运算的数量。本机门相当于 CNOT 的几个单量子比特门。
$N_{m}$ 是线路中状态准备和测量 (SPAM) 操作的数量，包括初始隐式状态准备以及任何中间和最终测量及状态重置。
$C$ 是次数计数。

注意

HQC 中的总成本包括跨任何条件分支或控制流的所有入口和度量。这可能会对集成混合作业产生更大的影响。

配额基于计划选择，可以通过提交支持票证来请求提高。若要查看当前限制和配额，请在 Azure 门户中转到“额度和配额”边栏选项卡，然后选择工作区的“配额”选项卡。有关详细信息，请参阅 Azure Quantum 配额。

注意

如果使用的是 Azure Quantum 额度计划而不是计费计划，则配额信息将映射到分配的额度。在这种情况下，配额会列出你已收到的额度总数。