Co to jest narzędzie do szacowania zasobów usługi Azure Quantum?
Narzędzie do szacowania zasobów usługi Azure Quantum to narzędzie typu open source , które umożliwia oszacowanie zasobów potrzebnych do uruchomienia programu kwantowego na komputerze kwantowym odpornym na błędy.
Narzędzie do szacowania zasobów oblicza łączną liczbę kubitów fizycznych i logicznych, środowiska uruchomieniowego oraz szczegóły formuł i wartości używanych dla każdego oszacowania. Za pomocą narzędzia do szacowania zasobów usługi Azure Quantum można porównać technologie kubitów, schematy korekty błędów kwantowych i inne cechy sprzętowe, aby zrozumieć, jak wpływają one na zasoby potrzebne do uruchomienia programu kwantowego.
Napiwek
Narzędzie do szacowania zasobów usługi Azure Quantum jest bezpłatne i nie wymaga konta platformy Azure.
Jakie funkcje sprawiają, że narzędzie do szacowania zasobów jest unikatowe?
Narzędzie do szacowania zasobów to zaawansowane narzędzie, które obejmuje wszystkie poziomy stosu obliczeń kwantowych. Stos obliczeń kwantowych można podzielić na trzy poziomy: poziom aplikacji, poziom programowania kwantowego lub kompilacji oraz poziom sprzętu lub modelowania.
Narzędzie do szacowania zasobów umożliwia dostosowanie parametrów każdego poziomu i przeanalizowanie wpływu na ogólne zasoby potrzebne do uruchomienia programu kwantowego.
Dostosowanie
Narzędzie do szacowania zasobów ma interfejs API rozszerzalności do modelowania dowolnej architektury kwantowej i modyfikowania wszystkich założeń. Narzędzie do szacowania zasobów można dostosować i określić cechy systemu kwantowego.
Można użyć wstępnie zdefiniowanych parametrów kubitu i schematów korekty błędów kwantowych (QEC) lub skonfigurować unikatowe ustawienia w wielu różnych cechach maszyny. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Dostosowywanie target parametrów narzędzia do szacowania zasobów.
| Target Parametry | Opisywanie systemu |
|---|---|
| Model kubitu fizycznego | Na przykład określ zestaw instrukcji, czas pomiaru kubitu, częstotliwość błędów lub czasy bramy. |
| Schemat korekty błędów kwantowych | Na przykład określ liczbę kubitów fizycznych na kubit logiczny, czas cyklu logicznego lub próg korekty błędu. |
| Budżet błędu | Na przykład określ budżet błędów, aby zaimplementować kubity logiczne, destylację stanów T i syntezę bram rotacji. |
| Jednostki destylacyjne | Na przykład określ liczbę stanów T wymaganych do procesu destylowania, liczbę stanów T produkowanych jako dane wyjściowe z procesu destylowania lub prawdopodobieństwo niepowodzenia procesu destylowania. |
| Ograniczenia | Na przykład określ maksymalną liczbę kubitów fizycznych, maksymalny czas wykonywania lub maksymalną liczbę kopii fabrycznych T. |
Uwaga
Za pomocą narzędzia do szacowania zasobów można modelować dowolną architekturę kwantową. Na przykład startup Alice & Bob używa narzędzia do szacowania zasobów do oceny architektury, która używa kubitów cat i kodu korekty błędu powtórzeń. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz ten wpis w blogu języka Q#
Elastyczność
Możesz przenieść własny kod i narzędzia kompilacji do narzędzia do szacowania zasobów. Narzędzie do szacowania zasobów obsługuje dowolny język tłumaczony na język QIR, na przykład Q# i Qiskit. Zobacz Różne sposoby uruchamiania narzędzia do szacowania zasobów.
Wsadowe wiele oszacowań
Narzędzie do szacowania zasobów umożliwia oszacowanie zasobów potrzebnych do uruchomienia tego samego algorytmu kwantowego target dla różnych konfiguracji parametrów i porównanie wyników. W ten sposób można zrozumieć, jak architektura kubitu, schemat QEC i pozostałe target parametry wpływają na ogólne zasoby.
Optymalizacja
Możesz skrócić czas wykonywania narzędzia do szacowania zasobów, włączając niektóre oszacowania w ogólnym koszcie. Jeśli na przykład pracujesz z dużym programem, możesz obliczyć i buforować koszt podproszeń lub jeśli znasz już oszacowania dla operacji , możesz przekazać je do narzędzia do szacowania zasobów.
Wizualizacja zasobów
Możesz zwizualizować kompromisy między liczbą fizycznych kubitów a środowiskiem uruchomieniowym algorytmu przy użyciu diagramu czasu kosmicznego, co pozwala znaleźć optymalną kombinację par {liczba kubitów, środowiska uruchomieniowego}.
Możesz również sprawdzić rozkład fizycznych kubitów używanych dla algorytmu i fabryk T przy użyciu diagramu kosmicznego.
Wprowadzenie do narzędzia do szacowania zasobów
Narzędzie do szacowania zasobów jest częścią zestawu Azure Quantum Development Kit (QDK). Aby rozpocząć, zobacz Uruchamianie pierwszego oszacowania zasobów.
W poniższej tabeli przedstawiono różne scenariusze użytkownika i zalecane artykuły, które należy rozpocząć od narzędzia do szacowania zasobów.
| Scenariusz użytkownika | Chcesz… |
|---|---|
| Opracowujem kody QEC | Możesz użyć narzędzia do szacowania zasobów, aby dostosować kody QEC i porównać różne kombinacje parametrów. Zobacz Jak dostosować schematy QEC. |
| Opracowujem algorytmy kwantowe | Analizując wpływ różnych konfiguracji profilów sprzętowych i oprogramowania na wymagania dotyczące zasobów, możesz uzyskać wgląd w sposób, w jaki algorytm kwantowy może działać w różnych warunkach sprzętowych i błędów. Te informacje mogą pomóc w optymalizacji algorytmu pod kątem określonego sprzętu kwantowego lub współczynnika błędów. Zobacz Uruchamianie wielu konfiguracji parametrówtarget. |
| Chcę poprawić wydajność programów kwantowych | Aby dowiedzieć się, jak wykorzystać możliwości narzędzia do szacowania zasobów, zobacz Uruchamianie dużych programów i Używanie znanych szacunków. |
| Interesuje mnie przetwarzanie kwantowe na dużą skalę | Narzędzie do szacowania zasobów umożliwia analizowanie zasobów rzeczywistych problemów, które mają zostać rozwiązane przez komputery kwantowe odporne na błędy na dużą skalę. Zobacz, jak oszacować zasób dla obliczeń kwantowych na dużą skalę. |
| Opracowujem kryptografię bezpieczną kwantowo | Za pomocą narzędzia do szacowania zasobów można porównać wydajność różnych algorytmów szyfrowania, mocnych kluczy, typów kubitów i współczynników błędów oraz ich odporności na ataki kwantowe. Zobacz Szacowanie zasobów i kryptografia. |
Uwaga
Jeśli wystąpi jakikolwiek problem podczas pracy z narzędziem do szacowania zasobów, zapoznaj się ze stroną Rozwiązywanie problemów.
Szacowanie zasobów na potrzeby obliczeń kwantowych na dużą skalę
Jeśli chcesz opracować algorytmy kwantowe dla komputerów kwantowych na dużą skalę, zapoznaj się z samouczkiem Szacowanie zasobów problemu z chemią kwantową.
Ten samouczek stanowi pierwszy krok umożliwiający zintegrowanie szacowania zasobów rozwiązań kwantowych z problemami ze strukturą elektroniczną. Jednym z najważniejszych zastosowań skalowanych komputerów kwantowych jest rozwiązywanie problemów z chemią kwantową. Symulacja złożonych systemów kwantowych ma potencjał do odblokowania przełomów w takich obszarach, jak przechwytywanie dwutlenku węgla, brak bezpieczeństwa żywności i projektowanie lepszych paliw i materiałów.
Na przykład jeden z Hamiltonianów używanych w tym samouczku, nitrogenase_54orbital, opisuje enzym azotazy. Jeśli można dokładnie zasymulować działanie tego enzymu na poziomie kwantowym, może to pomóc nam zrozumieć, jak je produkować na dużą skalę. Można zastąpić wysoce energochłonny proces, który jest używany do produkcji wystarczającej ilości nawozu do karmienia planety. Ma to potencjał, aby zmniejszyć globalny ślad węglowy, a także pomóc w rozwiązaniu problemów związanych z brakiem bezpieczeństwa żywnościowego w rosnącej populacji.
Dlaczego szacowanie zasobów jest ważne w rozwoju obliczeń kwantowych?
Mimo że komputery kwantowe obiecują rozwiązać ważne problemy naukowe i komercyjne, osiągnięcie rentowności komercyjnej będzie wymagało dużych, odpornych na uszkodzenia komputerów kwantowych, które mają zarówno dużą liczbę kubitów w superpozycji, jak i fizycznych szybkości błędów poniżej określonego progu. Rentowność komercyjna i naukowa będzie również wymagać systemów QEC w celu osiągnięcia odporności na uszkodzenia. Technologia QEC jest zarówno czasochłonna, jak i wymagająca zwiększonego czasu wykonywania dla algorytmów lub operacji na poziomie logicznym, a także dodatkowych kubitów fizycznych do przechowywania i przetwarzania informacji.
Korzystając z narzędzia do szacowania zasobów, możesz zrozumieć wpływ wyborów projektu architektury i schematów poprawek błędów kwantowych. Narzędzie do szacowania zasobów pomoże zrozumieć, ile kubitów jest potrzebnych do uruchomienia aplikacji, jak długo potrwa uruchomienie i które technologie kubitów są lepiej dostosowane do rozwiązania konkretnego problemu. Zrozumienie tych wymagań umożliwi przygotowanie i udoskonalenie rozwiązań kwantowych do uruchamiania na przyszłych skalowanych maszynach kwantowych.