Che cos'è il calcolo quantistico ibrido?

Il calcolo quantistico ibrido si riferisce ai processi e all'architettura di un computer classico e a un computer quantistico che collaborano per risolvere un problema. Con la generazione più recente dell'architettura di calcolo quantistico ibrido disponibile in Azure Quantum, è possibile avviare la programmazione dei computer quantistici combinando le istruzioni classiche e quantistiche.

Azure Quantum incorpora una visione orientata al futuro per il calcolo quantistico ibrido, in cui alcune architetture sono già operative, mentre altre sono attivamente sviluppate. Questo articolo descrive i diversi approcci al calcolo quantistico ibrido e come possono essere usati per ottimizzare determinati problemi.

Raggruppamento di circuiti con calcolo quantistico batch

Il calcolo quantistico batch consente di inviare più circuiti quantistici come singolo processo all'hardware quantistico.

In genere, i circuiti quantistici vengono inviati uno alla volta come singoli processi a una destinazione hardware quantistica. Quando il client riceve il risultato di un circuito, il circuito successivo viene aggiunto come nuovo processo alla coda. L'invio in batch di più circuiti in un unico processo, tuttavia, elimina l'attesa tra gli invii di processi, consentendo di eseguire più processi più velocemente. Esempi di problemi che possono sfruttare il calcolo quantistico in batch includono l'algoritmo di Shor e la stima semplice della fase quantistica.

Con il modello di elaborazione batch, è anche possibile raggruppare più circuiti predefiniti in un unico processo. I circuiti vengono inviati all'hardware quantistico non appena il circuito precedente viene completato, riducendo l'attesa tra gli invii di processi.

In questa architettura, lo stato dei qubit viene perso tra ogni invio di circuito.

Nota

Azure Quantum attualmente non supporta il calcolo quantistico batch.

Raggruppamento di processi con sessioni

Le sessioni consentono di organizzare più processi di calcolo quantistico con la possibilità di eseguire codice classico tra processi quantistici. Sarà possibile eseguire algoritmi complessi per organizzare e tenere traccia dei singoli processi di calcolo quantistico. Inoltre, i processi raggruppati in sessioni sono classificati in ordine di priorità rispetto ai processi non sessione.

In questo modello la risorsa di calcolo client viene spostata nel cloud, con conseguente minore latenza e esecuzione ripetuta del circuito quantistico con parametri diversi. Sebbene le sessioni consentano tempi di coda più brevi e problemi di esecuzione più lunghi, gli stati del qubit non vengono mantenuti tra ogni iterazione. Esempi di problemi che possono usare questo approccio sono Variational Quantum Eigensolvers (VQE) e Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).

Per altre informazioni, vedere Introduzione alle sessioni.

Esecuzione del calcolo quantistico ibrido

Con il calcolo quantistico ibrido, le architetture classiche e quantistiche sono strettamente associate, consentendo l'esecuzione di calcoli classici mentre i qubit fisici sono coerenti. Anche se limitato dalla durata del qubit e dalla correzione degli errori, questo consente ai programmi quantistici di allontanarsi dai soli circuiti. I programmi possono ora usare costrutti di programmazione comuni per eseguire misurazioni a metà circuito, ottimizzare e riutilizzare i qubit e adattarsi in tempo reale alla QPU. Esempi di scenari che possono sfruttare questo modello sono la stima della fase adattiva e l'apprendimento automatico.

Per altre informazioni, vedere Elaborazione quantistica integrata.

Esecuzione del calcolo quantistico distribuito

In questa architettura il calcolo classico funziona insieme ai qubit logici. Con il controllo classico completamente integrato e i qubit logici di lunga durata, il modello di calcolo quantistico distribuito consente calcoli in tempo reale tra risorse quantistiche e distribuite. I controlli classici non sono più limitati ai cicli e consentono scenari come la modellazione di materiali complessi o la valutazione di reazioni catalitiche complete.

Nota

Azure Quantum attualmente non supporta il calcolo quantistico distribuito.