IonQ プロバイダー

[アーティクル]
10/24/2024

重要

IonQ は、2024 年 9 月 1 日に Harmony-2 量子コンピューターを廃止しました。

ヒント

Azure Quantum ワークスペースを作成すると、量子ハードウェアプロバイダーごとに自動的に USD500 無料 Azure Quantum クレジットが取得されます。 Azure Quantum クレジットを使用して、最初の量子プログラムを実際の量子ハードウェアに送信できます。

IonQ の量子コンピューターは、イッテルビウムイオンの超微細エネルギー状態をレーザーで操作することによって計算を実行します。原子は、自然の量子ビットです。すべての量子ビットは、プログラム内でもプログラム間でも同一です。論理操作は、任意の量子ビットのペアに対して実行することもでき、これにより、物理的な接続に妨げられない複雑な量子プログラムが可能になります。もっと詳しい説明が必要でしょうか。 IonQ のトラップ型イオン量子コンピューターテクノロジの概要を参照してください。

発行元: IonQ
プロバイダー ID: ionq

このプロバイダーから次の targets を使用できます。

Target 名	Target 身分証明書	量子ビット数	説明
量子シミュレーター	ionq.simulator	29 量子ビット	IonQ のクラウドベースの理想的なシミュレーター。無料。
IonQ Aria 1	ionq.qpu.aria-1	25 量子ビット	IonQ の Aria トラップ型イオン量子コンピューター。
IonQ Aria 2	ionq.qpu.aria-2	25 量子ビット	IonQ の Aria トラップ型イオン量子コンピューター。
IonQ Forte	ionq.qpu.forte	32 量子ビット	IonQ の Forte トラップイオン量子コンピューター。プライベートプレビューでのみ使用できます。

IonQ の targets は、 QIR Base プロファイルに対応します。このtarget プロファイルとその制限の詳細については、「Azure Quantum でのtarget プロファイルの種類のの理解」を参照してください。

量子シミュレーター

最大 29 量子ビットをサポートする GPU で高速化された理想的なシミュレーター。IonQ がその量子ハードウェアで提供する同じゲートセットを使用します。このシミュレーターは、実際の量子コンピューターでジョブを実行する前に、それらのジョブを試す優れた場所です。

ジョブの種類: Simulation
データ形式: ionq.circuit.v1
Target 身分証明書： ionq.simulator
Target 実行プロファイル: QIR Base

IonQ Aria 量子コンピューター

IonQ Aria は、25 量子ビットの動的に再構成可能なシステムを備えた、IonQ のトラップされたイオン量子コンピューターの旗艦です。詳細については、「 IonQ Aria (ionq.com)」を参照してください。

重要

Debiasing は Aria システムで既定で有効になっており、送信されたジョブにはデビアベースの価格が適用されます。デバイアスの詳細と、サービスを無効または有効にする方法については、「エラー軽減」を参照してください。

ジョブの種類: Quantum Program
データ形式: ionq.circuit.v1
Target ID: ionq.qpu.aria-1、 ionq.qpu.aria-2
Target 実行プロファイル: QIR Base

パラメーター名	型	Required	説明
`shots`	int	いいえ	実験用ショットの数。

システムタイミング

メジャー	平均期間
T1	10 から 100 秒
T2	1 秒
1 量子ビットゲート	135 μs
2 量子ビットゲート	600 μs

システムの忠実度

操作	平均忠実度
1 量子ビットゲート	99.95% (スパム修正)
2 量子ビットゲート	99.6% (スパム修正なし)
SPAM*	99.61%

* 状態の準備と測定 (SPAM): この測定により、量子コンピューターがどのくらい正確に量子ビットを初期状態に設定し、最終的に結果を測定できるかが決まります。

IonQ Aria は、Azure Quantum クレジットプランと個別の課金プランを通じて利用できます。詳細については、「Azure Quantum の価格」を参照してください。

IonQ Forte 量子コンピューター

IonQ Forte は、IonQ で最も高性能で、市販のトラップイオン量子コンピューターです。ソフトウェアで構成可能な 32 量子ビットシステムを使用すると、IonQ Forte は Azure Quantum のプライベートプレビューで利用できます。詳細については、「 IonQ Forte (ionq.com)」を参照してください。

重要

Debiasing は既定で Forte システムで有効になっており、送信されたジョブはデビアベースの価格の対象となります。デバイアスの詳細と、サービスを無効または有効にする方法については、「エラー軽減」を参照してください。

ジョブの種類: Quantum Program
データ形式: ionq.circuit.v1
Target 身分証明書： ionq.qpu.forte
Target 実行プロファイル: QIR Base

パラメーター名	型	Required	説明
`shots`	int	いいえ	実験用ショットの数。

入力形式

Q# では、量子測定の出力は Result 型の値であり、 Zero と Oneの値のみを受け取ることができます。 Q# 操作を定義する場合、戻り値の型が Resultのコレクションである場合、つまり演算の出力が量子測定の結果である場合にのみ、IonQ ハードウェアに送信できます。これは、IonQ が戻り値からヒストグラムを作成するため、戻り値の型を Result に制限して、このヒストグラムの作成を簡略化するためです。

IonQ の targets は、 QIR Base profileに対応します。このプロファイルでは、量子ビット測定の結果を使用してプログラムフローを制御する必要がある量子演算を実行することはできません。

出力書式

IonQ シミュレーターに量子プログラムを送信すると、測定値によって作成されたヒストグラムが返されます。 IonQ シミュレーターは、量子プログラムによって作成された確率分布をサンプリングするのではなく、ショット数にスケーリングされた分布を返します。これは、1 つのショット回線を送信する場合に最も明白です。 1 回のショットのヒストグラムに複数の測定結果が表示されます。この動作は IonQ シミュレーターに固有ですが、IonQ QPU は実際にプログラムを実行して結果を集計します。

その他の機能

IonQ ハードウェアでサポートされるその他の機能を次に示します。

機能	説明
エラーの軽減策	デバイアスを使用してノイズを最小限に抑え、IonQ ハードウェアのアルゴリズムパフォーマンスを最大化する
ネイティブゲートのサポート	IonQ ハードウェアネイティブゲートで回線を直接定義して実行する
ノイズモデルシミュレーション	異なる IonQ ハードウェアで回線を実行するときに発生するノイズプロファイルをシミュレートします。

ユーザーは、Azure Quantum Q# および Qiskit プロバイダーのパススルーパラメーターを使用して、これらの追加機能を利用できます。

エラーの軽減策

IonQ には、IonQ ハードウェアにジョブを送信するときに量子エラーの軽減策を有効にするオプションが用意されています。エラー軽減は、回線の複数の対称バリエーションを実行して実行し、ハードウェアエラーと量子ビットのデコヒーレンスの影響を軽減しながら結果を集計するコンパイラレベルのプロセスです。 量子エラー修正手法とは異なり、エラー軽減には大きなゲートと量子ビットのオーバーヘッドは必要ありません。

Debiasingは、理想的なノイズレスマシン上で異なる量子ビットの割り当て、ゲート分解、パルス解などの手法を使用して、それらの変動を実行する、特定の回路のわずかなバリエーションを作成するプロセスです。

シャープ化 と変更は、バリエーションの結果を集計するためのオプションです。平均化はすべての変動結果に等しく基づきますが、シャープニングでは誤った結果が除外され、特定の種類のアルゴリズムでより信頼性が高くなります。

詳細については、「 Debiasing and Sharpeningを参照してください。エラー軽減の価格については、 IonQ の価格を参照してください。

エラー軽減策の有効化

Note

Debiasing は、Aria および Forte システムで既定で有効になっています。

Azure Quantum では、Q# または Qiskit を使用して送信されたジョブに対して、エラー軽減策を有効または無効にすることができます。

エラーの軽減策を有効にするには、 target コンピューターの省略可能なパラメーターを追加します。


option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    }
}

エラー軽減策を無効にするには、パラメーターを Falseに設定します。


option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    }
}

Note

IonQ のノイズモデルシミュレーションも使用している場合は、次のようにこれらのパラメーターをここに含めることができます。

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    },
    "noise": {
    "model": "aria-1",
    "seed": 100
    }
}

詳細については、「モデルシミュレーションの作成」を参照してください。

エラー軽減策を使用して Azure Quantum でジョブを実行する

この例では、単純な乱数ジェネレーターを使用します。

まず、必要なパッケージをインポートし、基本プロファイルを開始します。

import qsharp
import azure.quantum
qsharp.init(target_profile=qsharp.TargetProfile.Base)

次に、関数を定義します。

%%qsharp
import Std.Measurement.*;
import Std.Arrays.*;
import Std.Convert.*;

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

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

and compile the operation:

```python
MyProgram = qsharp.compile("GenerateRandomBit()")

Azure Quantum に接続し、 target コンピューターを選択し、エミュレーターのノイズパラメーターを構成します。

MyWorkspace = azure.quantum.Workspace(
    resource_id = "",
    location = ""
)

MyTarget = MyWorkspace.get_targets("ionq.qpu.aria-1")

error-mitigation構成を指定する


option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    }
}

ジョブを送信するときに、エラー軽減の構成を渡します。

job = MyTarget.submit(MyProgram, "Experiment with error mitigation", shots = 10, input_params = option_params)
job.get_results()

Qiskit では、ジョブを送信する前に、オプションのパラメーターを target マシン構成に渡します。

circuit.name = "Single qubit random - Debias: True"
backend.options.update_options(**option_params)
job = backend.run(circuit, shots=500)

Note

error-mitigation パラメーターを渡さない場合、target マシンは既定の設定を使用します。これは Aria および Forte システム有効です。

ネイティブゲートのサポートと使用

既定では、IonQ では qis と呼ばれる量子ゲートの抽象セットを使用して量子回路を指定できます。これにより、ハードウェアの最適化を気にせずにアルゴリズムを記述することができ、柔軟性と移植性がもたらされます。

ただし、一部の高度な使用例では、ハードウェアに近い設定を行って最適化を回避するために、ネイティブゲートで回路を直接定義することが必要になることがあります。ネイティブゲートセットは、量子プロセッサで物理的に実行される量子ゲートのセットであり、実行の一部として回路をそれらのゲートに対応付けます。

詳細については、ネイティブゲートの概要 (ionq.com) についてページを参照してください。

Qiskit ジョブを Azure Quantum に送信するときにネイティブゲートセットを使用するには、次の例のようにバックエンドを初期化するときに gateset パラメーターを指定します。

# Here 'provider' is an instance of AzureQuantumProvider
backend = provider.get_backend("ionq.qpu.aria-1", gateset="native")

パラメーター名	型	Required	Description
`gateset`	string	いいえ	回路の定義に使用するゲートのセットを指定します。 `qis` の値は、抽象ゲートに対応し (既定の動作)、`native` は IonQ ハードウェアネイティブゲートに対応します。

Qiskit ジョブの詳細については、「 Qiskit を使用して回線を送信するを参照してください。

ノイズモデルシミュレーション

今日の量子ハードウェアには固有のノイズがあり、 target システムのノイズ特性を知ることは、アルゴリズムを調整し、ハードウェア上で回路を実行するときに結果をより現実的に予測するのに役立ちます。 IonQ は、target ハードウェアに固有の "ノイズフィンガープリント" を使用して回路にノイズを導入するノイズモデル シミュレーションを提供します。詳細については、「ハードウェアノイズモデルシミュレーションの概要」を参照してください。

ノイズモデルのパラメーター

パラメーター名	値	説明
`noise`	`model`, `seed`	ノイズモデルシミュレーションを有効にします。
`model`	`ideal`, `aria-1`	target ハードウェアのノイズモデルを指定します。 `ideal` - ノイズは回路に導入されません。これは、ノイズシミュレーションを有効にしない場合と同じです。 `aria-1` - IonQ Aria 量子コンピューターのノイズモデルを使用します。
`seed`	1 ~ $2^{31}$ の整数 (2,147,483,648)	擬似ランダムノイズとショットサンプリングのシード値を指定して、再現可能なノイズの結果を作成できます。パラメーターが指定されていない場合は、ランダムな `seed` 値が作成されます。

ショット認識

ノイズモデルシミュレーションは ショット対応です。つまり、提供されたショットの数に基づいて出力状態から測定値をサンプリングします。 Azure Quantum では、 shots パラメーターはジョブと共に送信され、 aria-1 ノイズモデルに必要です。 shot値が指定されていない場合は、既定値の 1000 が使用されます。 ideal ノイズモデルを使用する場合、shots パラメーターは無視されます。

量子ビット容量

ideal ノイズモデルでは IonQ 量子シミュレーターを使用して最大 29 量子ビットをシミュレートできますが、ハードウェア固有のノイズモデルは、target ハードウェアの実際の量子ビット容量に制限されます。これは、aria-1 ノイズモデルの場合は 25 量子ビットです。

ノイズモデルシミュレーションの有効化

Azure Quantum では、Q# または Qiskit を使用して送信されたジョブに対して、ノイズモデルシミュレーションを有効または無効にすることができます。

ノイズモデルシミュレーションを有効にするには、 target マシンの省略可能なパラメーターを追加します。次に例を示します。


option_params = {
    "noise": {
        "model": "aria-1",   # targets the Aria quantum computer
        "seed" : 1000         # If seed isn't specified, a random value is used  
    }
}

Note

IonQ のエラー軽減策も使用している場合は、次のようなパラメーターをここに含めることができます。

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    },
    "noise": {
    "model": "aria-1",
    "seed": 1000
    }
}

詳細については、「エラー軽減策」を参照してください。

ノイズモデルシミュレーションを使用したジョブの実行

エラー軽減策で既に示したのと同じサンプルプログラムを使用しoption_paramsのノイズモデル構成を追加または置換できます。

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    },
    "noise": {
    "model": "aria",
    "seed": 1000
    }
}

次に、ジョブを送信するときに省略可能なパラメーターを渡します。

job = MyTarget.submit(MyProgram, "Experiment with noise model simulation", shots = 10, input_params = option_params)
job.get_results()

Qiskit では、ジョブを送信する前に、オプションのパラメーターを target マシン構成に渡します。

circuit.name = "Single qubit random - Debias: True"
backend.options.update_options(**option_params)
job = backend.run(circuit, shots=500)

価格

IonQ の課金プランを確認するには、「Azure Quantum の価格」を参照してください。

制限とクォータ

IonQ クォータは、QPU 使用量ユニット (qubit-gate-shot (QGS)) に基づいて追跡されます。リソース使用量は、アカウントに対してクレジットが適用されます。

すべての量子プログラムは、1 つ以上の量子ビットの $N$ 個の量子論理ゲートで構成され、特定の数のショットに対して実行されます。ゲートショットの数は、次の式で計算されます。

$$ QGS = N · C $$

どこで:

$N$ は、送信された 1 つまたは 2 つの量子ビットゲートの数です
$C$ は、要求された実行ショットの数です

クォータはプランの選択に基づいており、ポートチケットを使用して増やすことができます。現在の制限とクォータを確認するには、Azure portal のワークスペースで [クレジットとクォータ] ブレードに移動し、[クォータ] タブを選択します。詳細については、「Azure Quantum quotas」(Azure Quantum クォータ) を参照してください。

Note

課金プランではなく Azure Quantum クレジットプランを使用している場合、クォータ情報は割り当てられたクレジットに対応付けられています。その場合、クォータでは受け取ったクレジットの合計数が一覧表示されます。

IonQ の状態

IonQ QPU ジョブ処理の遅延については、 IonQ 状態ページを参照してください。

IonQ のベストプラクティスと接続グラフ

IonQ QPU の推奨されるベストプラクティスについては、IonQ のベストプラクティス (ionq.com) に関するページを参照してください。

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IonQ プロバイダー

量子シミュレーター

IonQ Aria 量子コンピューター

システムタイミング

システムの忠実度

IonQ Forte 量子コンピューター

入力形式

出力書式

その他の機能

エラーの軽減策

エラー軽減策の有効化

エラー軽減策を使用して Azure Quantum でジョブを実行する

ネイティブゲートのサポートと使用

ノイズモデルシミュレーション

ノイズモデルのパラメーター

ショット認識

量子ビット容量

ノイズモデルシミュレーションの有効化

ノイズモデルシミュレーションを使用したジョブの実行

価格

制限とクォータ

IonQ の状態

IonQ のベストプラクティスと接続グラフ

フィードバック

その他のリソース

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IonQ プロバイダー

量子シミュレーター

IonQ Aria 量子コンピューター

システム タイミング

システムの忠実度

IonQ Forte 量子コンピューター

入力形式

出力書式

その他の機能

エラーの軽減策

エラー軽減策の有効化

エラー軽減策を使用して Azure Quantum でジョブを実行する

ネイティブ ゲートのサポートと使用

ノイズ モデル シミュレーション

ノイズ モデルのパラメーター

ショット認識

量子ビット容量

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ノイズ モデル シミュレーションを使用したジョブの実行

価格

制限とクォータ

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ノイズモデルのパラメーター

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