Co je estimátor prostředků Azure Quantum?

Estimátor prostředků Azure Quantum je opensourcový nástroj, který umožňuje odhadnout prostředky potřebné ke spuštění kvantového programu na kvantovém počítači odolném proti chybám.

Estimátor prostředků vypočítá celkový počet fyzických a logických qubitů, modul runtime a podrobnosti vzorců a hodnot použitých pro každý odhad. Pomocí estimátoru prostředků Azure Quantum můžete porovnat technologie qubitů, schémata oprav kvantových chyb a další hardwarové charakteristiky, abyste pochopili, jak ovlivňují prostředky potřebné ke spuštění kvantového programu.

Tip

Estimátor prostředků Azure Quantum je bezplatný a nevyžaduje účet Azure.

Jaké funkce umožňují, aby estimátor prostředků byl jedinečný?

Estimátor prostředků je výkonný nástroj, který zahrnuje všechny úrovně zásobníku kvantových výpočtů. Sadu kvantových výpočtů je možné rozdělit na tři úrovně: úroveň aplikace, kvantový programování nebo úroveň kompilace a úroveň hardwaru nebo modelování.

Estimátor prostředků umožňuje přizpůsobit parametry jednotlivých úrovní a analyzovat, jak ovlivňují celkové prostředky potřebné ke spuštění kvantového programu.

Vlastní nastavení

Estimátor prostředků má rozhraní API rozšiřitelnosti, které modeluje libovolnou kvantovou architekturu a upravuje všechny předpoklady. Odhad prostředků můžete přizpůsobit a určit charakteristiky kvantového systému.

Můžete použít předem definované parametry qubitu a schémata oprav kvantových chyb (QEC) nebo nakonfigurovat jedinečná nastavení v široké škále vlastností počítače. Další informace najdete v target tématu Přizpůsobení parametrů nástroje pro odhad prostředků.

Target parametry	Popište svůj systém
Fyzický qubitový model	Zadejte například instrukční sadu, čas měření qubitu, chybovost nebo časy hradlů.
Schéma oprav kvantových chyb	Zadejte například počet fyzických qubitů na logický qubit, čas logického cyklu nebo prahovou hodnotu pro opravu chyb.
Rozpočet chyb	Zadejte například rozpočet chyb pro implementaci logických qubitů, destilace stavů T a syntézy rotačních bran.
Destilační jednotky	Zadejte například počet stavů T požadovaných pro destilační proces, počet stavů T vyrobených jako výstup z destilačního procesu nebo pravděpodobnost selhání procesu destilace.
Omezení	Zadejte například maximální počet fyzických qubitů, maximální modul runtime nebo maximální počet kopií T factory.

Poznámka:

Pomocí estimátoru prostředků můžete modelovat libovolnou kvantovou architekturu. Například startup Alice &Bob používá Nástroj pro odhad prostředků k vyhodnocení své architektury, která používá qubity kočky a kód opravy chyb opakování. Další informace najdete v tomto příspěvku v blogu Q#

Flexibilita

Do nástroje pro odhad prostředků můžete použít vlastní nástroje pro kompilaci a kód. Estimátor prostředků podporuje jakýkoli jazyk, který se překládá do QIR, například Q# a Qiskit. Podívejte se na různé způsoby spuštění nástroje pro odhad prostředků.

Batch multiple estimates

Nástroj Pro odhad prostředků umožňuje odhadnout prostředky potřebné ke spuštění stejného kvantového target algoritmu pro různé konfigurace parametrů a porovnat výsledky. Tímto způsobem můžete pochopit, jak architektura qubitu, schéma QEC a zbývající target parametry ovlivňují celkové prostředky.

Optimalizace

Dobu provádění estimátoru prostředků můžete zkrátit tím, že do celkových nákladů začleníte některé odhady. Pokud například pracujete s velkým programem, můžete vypočítat a uložit náklady na podprogramy do mezipaměti nebo pokud už znáte odhady operace, můžete je předat do odhadu prostředků.

Vizualizace prostředků

Pomocí diagramu prostorového času můžete vizualizovat kompromisy mezi počtem fyzických qubitů a modulem runtime algoritmu, který umožňuje najít optimální kombinaci {number of qubits, runtime} párů.

Pomocí diagramu prostoru můžete také zkontrolovat distribuci fyzických qubitů používaných pro algoritmus a továrny T.

Začínáme s nástrojem pro odhad prostředků

Estimátor prostředků je součástí sady Azure Quantum Development Kit (QDK). Pokud chcete začít, přečtěte si téma Spuštění prvního odhadu prostředků.

Následující tabulka uvádí různé scénáře uživatelů a doporučené články, které vám pomůžou začít s nástrojem pro odhad prostředků.

Scénář uživatele	Chcete...
Vyvíjím kódy QEC	Pomocí Nástroje pro odhad prostředků můžete přizpůsobit kódy QEC a porovnat různé kombinace parametrů. Přečtěte si , jak přizpůsobit schémata QEC.
Vyvíjím kvantové algoritmy	Analýzou dopadu různých konfigurací hardwarových a softwarových profilů na požadavky na prostředky můžete získat přehled o tom, jak může kvantový algoritmus provádět v různých hardwarových a chybových podmínkách. Tyto informace vám můžou pomoct optimalizovat algoritmus pro konkrétní kvantový hardware nebo chybovost. Viz Spuštění více konfigurací target parametrů.
Chci zlepšit výkon kvantových programů	Informace o využití výkonu nástroje pro odhad prostředků najdete v tématu Spouštění velkých programů a používání známých odhadů.
Mám zájem o rozsáhlé kvantové výpočty	Pomocí nástroje Pro odhad prostředků můžete analyzovat prostředky reálných problémů, u které se očekává, že se budou řešit rozsáhlými kvantovými počítači odolnými proti chybám. Podívejte se, jak v odhadu prostředků pro kvantové výpočty ve velkém měřítku.
Vyvíjím kryptografii s kvantovou bezpečností	Pomocí Nástroje pro odhad prostředků můžete porovnat výkon různých šifrovacích algoritmů, klíčových sil, typů qubitů a chybových sazeb a jejich odolnosti vůči kvantovým útokům. Viz odhad prostředků a kryptografie.

Poznámka:

Pokud při práci s nástrojem pro odhad prostředků narazíte na nějaký problém, podívejte se na stránku Řešení potíží.

Odhad prostředků pro rozsáhlé kvantové výpočty

Pokud chcete vyvíjet kvantové algoritmy pro kvantové počítače ve velkém měřítku, podívejte se na kurz Odhad prostředků kvantové chemie.

Tento kurz představuje první krok integrace odhadu prostředků kvantových řešení problémů s elektronickou strukturou. Jednou z nejdůležitějších aplikací škálovaných kvantových počítačů je řešení problémů s kvantovou chemií. Simulace složitých kvantových mechanických systémů má potenciál odhalit převraty v oblastech, jako je zachytávání uhlíku, bezpečnost potravin a navrhování lepších paliv a materiálů.

Například jeden z hamiltoniánů používaných v tomto kurzu, nitrogenase_54orbital, popisuje enzym dusíkatázy. Pokud byste mohli přesně simulovat, jak tento enzym funguje na kvantové úrovni, může nám pomoct pochopit, jak ho vytvořit ve velkém měřítku. Můžete nahradit vysoce energeticky náročný proces, který se používá k výrobě dostatečného hnojiva pro krmení planety. To má potenciál snížit globální uhlíkovou stopu a také pomoci řešit obavy týkající se nejistoty potravin v rostoucí populaci.

Proč je odhad prostředků při vývoji kvantových výpočtů důležitý?

I když kvantové počítače slibují řešení důležitých vědeckých a komerčních problémů, dosažení komerční životaschopnosti bude vyžadovat rozsáhlé kvantové počítače odolné proti chybám, které mají velký počet qubitů v superpozici i fyzické chybovosti pod určitou prahovou hodnotou. Komerční a vědecká životaschopnost bude také vyžadovat, aby schémata QEC dosáhla odolnosti proti chybám. QEC je náročný na čas i prostor, což vyžaduje vyšší dobu provádění pro operace algoritmu nebo logické úrovně a také další fyzické qubity k ukládání a výpočetních informací.

Pomocí estimátoru prostředků můžete pochopit dopad volby návrhu architektury a schémata oprav kvantových chyb. Estimátor prostředků vám pomůže pochopit, kolik qubitů je potřeba ke spuštění aplikace, jak dlouho bude trvat spuštění a které technologie qubitu jsou pro řešení konkrétního problému vhodnější. Porozumění těmto požadavkům vám umožní připravit a upřesnit kvantová řešení tak, aby běžela v budoucnu a škálovaných kvantových počítačích.