Che cos'è Lo strumento di stima delle risorse di Azure Quantum?
Azure Quantum Resource Estimator è uno strumento open source che consente di stimare le risorse necessarie per eseguire un programma quantistico in un computer quantistico a tolleranza di errore.
Resource Estimator calcola il numero totale di qubit fisici e logici, il runtime e i dettagli delle formule e dei valori usati per ogni stima. Con Lo strumento di stima delle risorse di Azure Quantum è possibile confrontare tecnologie qubit, schemi di correzione degli errori quantistici e altre caratteristiche hardware per comprendere come influiscono sulle risorse necessarie per eseguire un programma quantistico.
Suggerimento
Azure Quantum Resource Estimator è gratuito e non richiede un account Azure.
Quali funzionalità rendono univoco Lo strumento di stima delle risorse?
Resource Estimator è uno strumento potente che coinvolge tutti i livelli dello stack di calcolo quantistico. Lo stack di calcolo quantistico può essere suddiviso in tre livelli: il livello dell'applicazione, la programmazione quantistica o il livello di compilazione e l'hardware o il livello di modellazione.
Lo strumento di stima delle risorse consente di personalizzare i parametri di ogni livello e di analizzare l'impatto sulle risorse complessive necessarie per eseguire un programma quantistico.
Personalizzazione
Resource Estimator ha un'API di estendibilità per modellare qualsiasi architettura quantistica e per modificare tutti i presupposti. È possibile adattare Lo strumento di stima delle risorse e specificare le caratteristiche del sistema quantistico.
È possibile usare parametri qubit predefiniti e schemi di correzione degli errori quantistici (QEC) o configurare impostazioni univoche in un'ampia gamma di caratteristiche del computer. Per altre informazioni, vedere Personalizzare i target parametri di Resource Estimator.
| Target Parametri | Descrivere il sistema |
|---|---|
| Modello qubit fisico | Ad esempio, specificare il set di istruzioni, il tempo di misurazione del qubit, la frequenza di errore o i tempi di controllo. |
| Schema di correzione degli errori quantistici | Ad esempio, specificare il numero di qubit fisici per qubit logico, il tempo del ciclo logico o la soglia di correzione degli errori. |
| Budget degli errori | Ad esempio, specificare il budget degli errori per implementare qubit logici, la sintesi di stati T e la sintesi dei cancelli di rotazione. |
| Unità di distolazione | Ad esempio, specificare il numero di stati T necessari per il processodioe, il numero di stati T prodotti come output dal processo di lastilazione o la probabilità di guasto del processo di lastile. |
| Vincoli | Ad esempio, specificare il numero massimo di qubit fisici, il runtime massimo o il numero massimo di copie factory T. |
Nota
Con Resource Estimator è possibile modellare qualsiasi architettura quantistica. Ad esempio, l'avvio di Alice & Bob usa Lo strumento di stima delle risorse per valutare l'architettura, che usa qubit cat e codice di correzione degli errori di ripetizione. Per altre informazioni, vedere questo post nel blog di Q#
Flessibilità
È possibile usare il codice personalizzato e gli strumenti di compilazione nello strumento di stima delle risorse. Resource Estimator supporta qualsiasi linguaggio che si traduce in QIR, ad esempio Q# e Qiskit. Vedere Diversi modi per eseguire Lo strumento di stima delle risorse.
Eseguire il batch di più stime
Resource Estimator consente di stimare le risorse necessarie per eseguire lo stesso algoritmo quantistico per diverse configurazioni di target parametri e confrontare i risultati. In questo modo è possibile comprendere in che modo l'architettura qubit, lo schema QEC e il resto dei target parametri influisce sulle risorse complessive.
Ottimizzazione
È possibile ridurre il tempo di esecuzione di Resource Estimator incorporando alcune stime nel costo complessivo. Ad esempio, se si usa un programma di grandi dimensioni, è possibile calcolare e memorizzare nella cache il costo delle subroutine o se si conoscono già le stime per un'operazione , è possibile passarle allo strumento di stima delle risorse.
Visualizzazione delle risorse
È possibile visualizzare i compromessi tra il numero di qubit fisici e il runtime dell'algoritmo usando il diagramma dello spazio-tempo, che consente di trovare la combinazione ottimale di {numero di qubit, coppie runtime}.
È anche possibile esaminare la distribuzione dei qubit fisici usati per l'algoritmo e le factory T usando il diagramma spaziale.
Introduzione a Resource Estimator
Lo strumento di stima delle risorse fa parte di Azure Quantum Development Kit (QDK). Per iniziare, vedere Eseguire la prima stima delle risorse.
La tabella seguente illustra diversi scenari utente e gli articoli consigliati per iniziare con Lo strumento di stima delle risorse.
| Scenario utente | Operazione… |
|---|---|
| Sto sviluppando codici QEC | È possibile usare Resource Estimator per personalizzare i codici QEC e confrontare diverse combinazioni di parametri. Vedere Come personalizzare gli schemi QEC. |
| Sto sviluppando algoritmi quantistici | Analizzando l'impatto delle diverse configurazioni dei profili hardware e software sui requisiti delle risorse, è possibile ottenere informazioni dettagliate sulle prestazioni dell'algoritmo quantistico in condizioni hardware e di errore diverse. Queste informazioni consentono di ottimizzare l'algoritmo per specifiche frequenze di errore o hardware quantistico. Vedere Esecuzione di più configurazioni di target parametri. |
| Voglio migliorare le prestazioni dei programmi quantistici | Per informazioni su come sfruttare la potenza di Resource Estimator, vedere Esecuzione di programmi di grandi dimensioni e Uso di stime note. |
| Sono interessato al calcolo quantistico su larga scala | È possibile usare Lo strumento di stima delle risorse per analizzare le risorse dei problemi reali che devono essere risolti da computer quantistici a tolleranza di errore su larga scala. Vedere come in Stima delle risorse per il calcolo quantistico su larga scala. |
| Sto sviluppando la crittografia quantistica | È possibile usare Lo strumento di stima delle risorse per confrontare le prestazioni di diversi algoritmi di crittografia, punti di forza delle chiavi, tipi di qubit e percentuali di errore e la resilienza agli attacchi quantistici. Vedere Stima delle risorse e crittografia. |
Nota
Se si verifica un problema durante l'uso di Resource Estimator, vedere la pagina Risoluzione dei problemi.
Stima delle risorse per il calcolo quantistico su larga scala
Per sviluppare algoritmi quantistici per computer quantistici su larga scala, vedere l'esercitazione Stimare le risorse di un problema di chimica quantistica.
Questa esercitazione rappresenta un primo passaggio per integrare la stima delle risorse delle soluzioni quantistiche ai problemi di struttura elettronica. Una delle applicazioni più importanti dei computer quantistici con scalabilità è la risoluzione dei problemi di chimica quantistica. La simulazione di sistemi meccanici quantistici complessi ha il potenziale di sbloccare le innovazioni in aree come la cattura di carbonio, l'insicurezza alimentare e la progettazione di combustibili e materiali migliori.
Ad esempio, uno degli hamiltoniani usati in questa esercitazione, il nitrogenase_54orbital, descrive l'enzima azotoase. Se si potrebbe simulare in modo accurato il funzionamento di questo enzima a livello quantistico, potrebbe essere utile capire come produrlo su larga scala. Si potrebbe sostituire il processo a elevato consumo energetico che viene utilizzato per produrre abbastanza concime per alimentare il pianeta. Ciò ha il potenziale per ridurre l'impronta di carbonio globale e contribuire anche a risolvere le preoccupazioni relative all'insicurezza alimentare in una popolazione in crescita.
Perché la stima delle risorse è importante nello sviluppo del calcolo quantistico?
Anche se i computer quantistici promettono di risolvere importanti problemi scientifici e commerciali, il raggiungimento della redditività commerciale richiederà computer quantistici a tolleranza di errore su larga scala che hanno un numero elevato di qubit in sovrapposizione e velocità di errore fisiche al di sotto di una determinata soglia. La redditività commerciale e scientifica richiederà anche schemi QEC per ottenere la tolleranza di errore. QEC è sia tempo che uso intensivo dello spazio, che richiede un aumento del tempo di esecuzione per operazioni a livello logico o algoritmo, nonché qubit fisici aggiuntivi per archiviare e calcolare le informazioni.
L'uso di Resource Estimator consente di comprendere l'impatto delle scelte di progettazione dell'architettura e degli schemi di correzione degli errori quantistici. Lo strumento di stima delle risorse consente di comprendere il numero di qubit necessari per eseguire un'applicazione, il tempo necessario per l'esecuzione e le tecnologie qubit più adatte per risolvere un problema specifico. La comprensione di questi requisiti consentirà di preparare e perfezionare le soluzioni quantistice da eseguire in computer quantistici futuri e ridimensionati.