Что такое оценщик ресурсов Azure Quantum?
Оценка ресурсов Azure Quantum — это средство с открытым исходным кодом , позволяющее оценить ресурсы, необходимые для запуска квантовой программы на отказоустойчивом квантовом компьютере.
Оценка ресурсов вычисляет общее количество физических и логических кубитов, среды выполнения и подробные сведения о формулах и значениях, используемых для каждой оценки. С помощью оценки ресурсов Azure Quantum можно сравнить технологии кубитов, схемы исправления квантовых ошибок и другие аппаратные характеристики, чтобы понять, как они влияют на ресурсы, необходимые для запуска квантовой программы.
Совет
Оценка ресурсов Azure Quantum предоставляется бесплатно и не требует учетной записи Azure.
Какие функции делают оценщик ресурсов уникальным?
Оценка ресурсов — это мощный инструмент, который включает все уровни стека квантовых вычислений. Стек квантовых вычислений можно разделить на три уровня: уровень приложения, квантовый уровень программирования или компиляции, а также уровень оборудования или моделирования.
Средство оценки ресурсов позволяет настраивать параметры каждого уровня и анализировать, как они влияют на общие ресурсы, необходимые для запуска квантовой программы.
Пользовательская настройка
В средстве оценки ресурсов есть API расширяемости для моделирования любой квантовой архитектуры и изменения всех предположений. Вы можете адаптировать оценщик ресурсов и указать характеристики квантовой системы.
Вы можете использовать предварительно определенные параметры кубита и схемы исправления квантовых ошибок (QEC) или настроить уникальные параметры в широком диапазоне характеристик компьютера. Дополнительные сведения см. в target разделе "Настройка параметров оценщика ресурсов".
| параметры Target | Описание системы |
|---|---|
| Физическая модель кубита | Например, укажите набор инструкций, время измерения кубита, частоту ошибок или время ворот. |
| Схема исправления квантовых ошибок | Например, укажите количество физических кубитов на логический кубит, время логического цикла или порог исправления ошибок. |
| Бюджет ошибок | Например, укажите бюджет ошибок для реализации логических кубитов, дистилляции T состояний и синтеза шлюзов поворота. |
| Единицы дистилляции | Например, укажите количество состояний T, необходимых для процесса дистилляции, количество состояний T, созданных в качестве выходных данных процесса дистилляции, или вероятность сбоя процесса дистилляции. |
| Ограничения | Например, укажите максимальное количество физических кубитов, максимальное время выполнения или максимальное количество копий фабрики T. |
Примечание.
С помощью средства оценки ресурсов можно моделировать любую квантовую архитектуру. Например, при запуске Алиса и Боба используется средство оценки ресурсов для оценки архитектуры, в которой используются кубиты котов и код исправления ошибок повторения. Дополнительные сведения см. в этой записи в блоге Q#
Гибкость
Вы можете перенести собственный код и средства компиляции в средство оценки ресурсов. Средство оценки ресурсов поддерживает любой язык, который преобразуется в QIR, например Q# и Qiskit. См . различные способы выполнения оценки ресурсов.
Пакетная оценка нескольких операций
Средство оценки ресурсов позволяет оценить ресурсы, необходимые для выполнения одного квантового алгоритма для различных конфигураций target параметров, и сравнить результаты. Таким образом можно понять, как архитектура кубитов, схема QEC и остальные target параметры влияют на общие ресурсы.
Optimization
Вы можете сократить время выполнения оценки ресурсов, включив некоторые оценки в общую стоимость. Например, если вы работаете с большой программой, вы можете вычислить и кэшировать затраты на подзаготовку или если вы уже знаете оценки для операции , которую можно передать в оценщик ресурсов.
Визуализация ресурсов
Вы можете визуализировать компромиссы между количеством физических кубитов и средой выполнения алгоритма с помощью схемы пространства времени, что позволяет найти оптимальное сочетание пар {число кубитов, среды выполнения}.
Вы также можете проверить распределение физических кубитов, используемых для алгоритма и фабрик T с помощью схемы пространства.
Начало работы с оценщиком ресурсов
Оценка ресурсов входит в состав пакета средств разработки Azure Quantum (QDK). Чтобы приступить к работе, ознакомьтесь со статьей "Запуск первой оценки ресурсов".
В следующей таблице показаны различные сценарии пользователя и рекомендуемые статьи для начала с оценки ресурсов.
| Пользовательский сценарий | Если вам нужны следующие возможности… |
|---|---|
| Я разрабатываю коды QEC | Вы можете использовать оценщик ресурсов для настройки кодов QEC и сравнения различных сочетаний параметров. Узнайте , как настроить схемы QEC. |
| Я разрабатываю квантовые алгоритмы | Анализируя влияние различных конфигураций профилей оборудования и программного обеспечения на требования к ресурсам, вы можете получить аналитические сведения о том, как квантовый алгоритм может выполняться в различных условиях оборудования и ошибок. Эти сведения помогут оптимизировать алгоритм для конкретного квантового оборудования или скорости ошибок. См. раздел "Выполнение нескольких конфигураций target параметров". |
| Я хочу улучшить производительность квантовых программ | Чтобы узнать, как использовать возможности оценки ресурсов, см. статью "Выполнение больших программ " и "Использование известных оценок". |
| Я заинтересован в крупномасштабных квантовых вычислениях | Вы можете использовать оценщик ресурсов для анализа ресурсов реальных проблем, которые, как ожидается, будут решены крупномасштабными отказоустойчивыми квантовыми компьютерами. Узнайте, как в оценке ресурсов для крупномасштабных квантовых вычислений. |
| Я разрабатываю криптографию, безопасную для квантовых вычислений | Вы можете использовать оценщик ресурсов для сравнения производительности различных алгоритмов шифрования, сильных сторон ключей, типов кубитов и скоростей ошибок и их устойчивости к квантовым атакам. См . оценку ресурсов и криптографию. |
Примечание.
Если при работе с оценщиком ресурсов возникла проблема, ознакомьтесь со страницей устранения неполадок.
Оценка ресурсов для крупномасштабных квантовых вычислений
Если вы хотите разработать квантовые алгоритмы для крупномасштабных квантовых компьютеров, ознакомьтесь с руководством по оценке ресурсов задачи квантовой химии.
В этом руководстве представлен первый шаг по интеграции оценки ресурсов квантовых решений с проблемами электронной структуры. Одним из наиболее важных приложений масштабируемых квантовых компьютеров является решение проблем квантовой химии. Моделирование сложных квантовых механических систем имеет потенциал для разблокировки прорывов в таких областях, как захват углерода, безопасность продуктов питания и проектирование лучшего топлива и материалов.
Например, один из гамильтонов, используемых в этом руководстве, nitrogenase_54orbital, описывает фермент азота. Если вы можете точно имитировать, как этот фермент работает на квантовом уровне, он может помочь нам понять, как производить его в масштабе. Вы можете заменить высокоэнергетический процесс, который используется для производства достаточного количества удобрений для кормить планету. Это может привести к сокращению глобального углеродного следа, а также для решения проблем, связанных с безопасностью продовольствия в растущем населении.
Почему оценка ресурсов важна при разработке квантовых вычислений?
Хотя квантовые компьютеры обещают решить важные научные и коммерческие проблемы, достижение коммерческой жизнеспособности потребует крупномасштабных, отказоустойчивых квантовых компьютеров с большим количеством кубитов в суперпозиции и физических скоростях ошибок ниже определенного порогового значения. Для достижения отказоустойчивости в коммерческой и научной жизнеспособности также потребуются схемы QEC. QEC — это как время, так и пространство, требующее увеличения времени выполнения для операций алгоритма или логического уровня, а также дополнительных физических кубитов для хранения и вычислений информации.
Используя оценщик ресурсов, вы можете понять влияние вариантов архитектуры и схем исправления квантовых ошибок. Средство оценки ресурсов поможет вам понять, сколько кубитов необходимо для запуска приложения, сколько времени потребуется для выполнения, и какие технологии кубитов лучше подходят для решения конкретной проблемы. Понимание этих требований позволит подготовить и уточнить квантовые решения для работы на будущих масштабируемых квантовых машинах.