Оценка ресурсов Azure Quantum

8 мин

Оценка квантовых ресурсов Azure в службе Azure Quantum — это средство оценки ресурсов, которое вычисляет и отображает ресурсы, необходимые для квантового алгоритма, при условии, что он выполняется на отказоустойчивом, исправленном ошибке квантовом компьютере.

Вы можете использовать средство оценки для оценки архитектурных решений, сравнения технологий кубита и определения ресурсов, необходимых для выполнения определенного квантового алгоритма. Общее количество физических кубитов, время настенных часов, необходимые вычислительные ресурсы и сведения о формулах и значениях, используемых для каждой оценки.

Как работает оценка ресурсов Azure Quantum?

Оценка ресурсов Azure Quantum принимает некоторые входные данные, которые называются целевыми параметрами, имеющими предопределенные значения, чтобы легко приступить к работе. Основными целевыми параметрами являются:

qubitParams: физическая модель кубита.
qecScheme: схема QEC.
errorBudget: бюджет ошибки.

Оценка ресурсов также принимает некоторые необязательные параметры:

constraints: ограничения на уровне компонента.
distillationUnitSpecifications: Указание алгоритмов дистилляции фабрик T.

Физические модели кубитов

Вы можете выбрать один из шести предопределенных параметров кубита. Четыре из параметров имеют наборы инструкций на основе шлюза, а два параметра имеют наборы инструкций Majorana . Эти предопределенные параметры кубита представляют различные архитектуры кубитов, такие как ионы или супердукторы, которые определены в опубликованных статьях исследований. Модели кубитов охватывают диапазон времени операций и частоту ошибок, поэтому их можно использовать для изучения необходимых затрат на ресурсы для практических квантовых приложений.

Предопределенные параметры кубита	Тип набора инструкций
`"qubit_gate_ns_e3"`	на основе шлюза
`"qubit_gate_ns_e4"`	на основе шлюза
`"qubit_gate_us_e3"`	на основе шлюза
`"qubit_gate_us_e4"`	на основе шлюза
`"qubit_maj_ns_e4"`	Майорана
`"qubit_maj_ns_e6"`	Майорана

Дополнительные сведения см. в разделе "Параметры Кубита" средства оценки ресурсов Azure Quantum.

Схемы QEC

Исправление квантовых ошибок (QEC) имеет решающее значение для любой платформы квантовых вычислений для достижения действительно масштабируемых квантовых вычислений. Набор операций, разрешаемых платформой квантовых вычислений, ограничен физическими ограничениями и может не соответствовать операциям, заданным в алгоритме. Даже если операции, предлагаемые квантовым компьютером, соответствуют операциям в алгоритме, точность выполнения каждой операции, скорее всего, будет ограничена.

Оценка ресурсов Azure Quantum Предоставляет три предопределенные схемы QEC: два протокола кода на основе шлюзов и физических инструкций Majorana, а также протокол кода Floquet, который можно использовать только с набором физических инструкций Majorana.

Схема QEC	Тип набора инструкций
`surface_code`	шлюз и Майорана
`floquet_code`	Майорана

Дополнительные сведения см . в схемах исправления квантовых ошибок в средстве оценки ресурсов Azure Quantum.

Бюджет ошибок

Общий бюджет ошибок задает общую разрешенную ошибку для алгоритма. Разрешенная ошибка — это количество раз, когда алгоритм может завершиться ошибкой. Значение бюджета ошибки должно быть от 0 до 1, а значение по умолчанию — 0,001. Значение по умолчанию соответствует 0,1 процентам и означает, что алгоритм может завершиться ошибкой один раз в 1000 выполнений. Этот параметр очень зависит от приложения. Например, если вы используете алгоритм Shor для факторинга целых чисел, большое значение бюджета ошибок может быть разрешено, так как вы можете проверить, что выходные данные действительно являются основными факторами входных данных. С другой стороны, для решения проблемы с решением, которое невозможно эффективно проверить, может потребоваться меньший бюджет ошибок.

Дополнительные сведения см. в разделе "Бюджет ошибок" в средстве оценки ресурсов Azure Quantum.

Каковы результаты оценки ресурсов Azure Quantum?

Оценка ресурсов Azure Quantum принимает целевые параметры {qubitParams, qecScheme, errorBudget} и квантовый алгоритм. Он вычисляет предварительную и после макетную оценку логических ресурсов, необходимых для выполнения этого типа алгоритма в этом типе вычислительного сценария.

Оценка ресурсов вычисляет логическую и физическую оценку алгоритма. Он вычисляет расстояние кода QEC, а от этого значения — количество физических кубитов, необходимых для кодирования одного логического кубита. Он вычисляет количество логических кубитов, шлюзов T, шлюзов поворота, контрольных шлюзов, измерений, физических значений фабрики T и общей среды выполнения, среди других значений.

Результат задания оценки ресурсов печатается в группах: физические кубиты, разбивка, логические параметры кубита, параметры фабрики T, логические ресурсы макета и предполагаемый бюджет ошибок.