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如何使用 Cirq 将线路提交到 Azure Quantum
了解如何使用 azure-quantumPython 包提交 Cirq 量子线路。 可以使用具有内置 azure-quantumPython 包的 Azure Quantum 笔记本或本地计算机将 Cirq 线路提交到 Azure Quantum。
有关详细信息，请参阅量子线路。
先决条件
有关安装详细信息，请参阅 在 VS Code 上安装 QDK。
Azure 订阅中的 Azure Quantum 工作区。 若要创建工作区，请参阅创建 Azure Quantum 工作区。
Python安装了 Python Pip 的环境。
带有 [cirq] 标记和包的
qsharpipykernelAzure Quantumazure-quantum包。python -m pip install --upgrade azure-quantum[cirq] qsharp ipykernel注意
如果未检测到 Jupyter Python 内核
ipykernel，VS Code 将提示你安装它。
创建新的 Jupyter Notebook
- 在 VS Code 中，选择“视图 > 命令面板”，然后选择“创建：新 Jupyter Notebook”。
- 在右上角，VS Code 将检测并显示为笔记本选择的版本 Python 和虚拟 Python 环境。 如果有多个 Python 环境，可能需要使用右上角的内核选取器选择内核。 如果未检测到任何环境，请参阅 VS Code 中的 Jupyter Notebook 以获取设置信息。
加载所需的导入项
在笔记本的第一个单元中，运行以下代码以加载所需的导入：
import azure.quantum
from azure.quantum.cirq import AzureQuantumService
连接到 Azure Quantum 服务
若要连接到 Azure Quantum 服务，程序将需要资源 ID 和 Azure Quantum 工作区的位置。
登录到 Azure 帐户， https://portal.azure.com
选择 Azure Quantum 工作区，然后导航到 “概述”。
复制字段中的参数。
添加新单元格，并使用帐户信息创建 Workspace 对象并 AzureQuantumService 连接到 Azure Quantum 工作区。
workspace = Workspace(
resource_id = "", # Add the resourceID of your workspace
location = "" # Add the location of your workspace (for example "westus")
)
service = AzureQuantumService(workspace)
全部列出 targets
targets()使用此方法列出可以运行线路的所有targets工作区，包括当前队列时间和可用性。
注意
targets工作区中的所有内容都可能不会列出 - 此处targets将仅列出可接受 Cirq 或 OpenQASM 线路的线路。
print(service.targets())
[<Target name="quantinuum.qpu.h1-1", avg. queue time=0 s, Degraded>,
<Target name="quantinuum.sim.h1-1sc", avg. queue time=1 s, Available>,
<Target name="quantinuum.sim.h1-1e", avg. queue time=40 s, Available>,
<Target name="ionq.simulator", avg. queue time=3 s, Available>,
<Target name="ionq.qpu.aria-1", avg. queue time=1136774 s, Available>]
创建简单线路
接下来，创建要运行的简单 Cirq 线路。 此线路使用 IonQ 硬件系统固有的 X 门平方根。
import cirq
q0, q1 = cirq.LineQubit.range(2)
circuit = cirq.Circuit(
cirq.X(q0)**0.5, # Square root of X
cirq.CX(q0, q1), # CNOT
cirq.measure(q0, q1, key='b') # Measure both qubits
)
print(circuit)
0: ───X^0.5───@───M────────
│ │
1: ───────────X───M────────
选择一个 target 运行程序
在 IonQ 模拟器上运行
现在，可以通过 Azure Quantum 服务运行程序并获取结果。 以下单元格提交一个作业（到默认的 IonQ 模拟器），该作业会运行线路 100 次，请等待作业完成并返回结果。
result = service.run(program=circuit, repetitions=100, target="ionq.simulator")
这会返回一个 cirq.Result 对象。
print(result)
b=1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010, 1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010
估算作业成本
在 QPU 上运行作业之前，应估算运行的成本。
有关最新定价详细信息，请参阅 IonQ 定价，或通过以下网页找到你的工作区并查看该工作区的“提供商”选项卡中的定价选项：aka.ms/aq/myworkspaces。
在 IonQ QPU 上运行
上一个作业在默认模拟器 "ionq.simulator" 上运行。 但是，你也可以在 IonQ 的硬件处理器（Quantum 处理器单位 (QPU)）上运行它。 若要在 IonQ QPU 上运行，请提供 "ionq.qpu.aria-1" 作为 target 参数：
result = service.run(
program=circuit,
repetitions=100,
target="ionq.qpu.aria-1",
timeout_seconds=500 # Set timeout to accommodate queue time on QPU
)
这会再次返回一个 cirq.Result 对象。
print(result)
b=0101011011011111100001011101101011011110100010000000011110111000100100110110101100110001001111101111, 0101011011011111100001011101101011011110100010000000011110111000100100110110101100110001001111101111
使用作业的异步模型
对于长期运行的线路，异步运行它们可能会很有用。
service.create_job 方法会返回 Job 对象，在作业成功运行后，可以将该对象用于获取结果。
job = service.create_job(
program=circuit,
repetitions=100,
target="ionq.simulator"
)
若要检查作业状态，请使用 job.status()：
print(job.status())
'completed'
若要等待作业完成并获取结果，请使用阻止调用 job.results()：
result = job.results()
print(result)
00: 0.5
11: 0.5
注意，这不会返回 cirq.Result 对象。 取而代之的是，它会返回特定于 IonQ 模拟器的结果对象，并使用状态概率而不是快照数据。
type(result)
cirq_ionq.results.SimulatorResult
若要将此对象转换为 cirq.Result 对象，请使用 result.to_cirq_result()：
print(result.to_cirq_result())
b=1110101111111110111000011101011111001100010000001011011101001111001111001101100111010000001100011100, 1110101111111110111000011101011111001100010000001011011101001111001111001101100111010000001100011100
先决条件
- 具有活动订阅的 Azure 帐户。 如果没有 Azure 帐户，请免费注册并注册 即用即付订阅。
- Azure Quantum 工作区。 有关详细信息，请参阅创建 Azure Quantum 工作区。
在工作区中创建新的笔记本
- 登录到 Azure 门户并选择在上一步骤中创建的工作区。
- 在左侧边栏选项卡中，选择“笔记本”。
- 单击“我的笔记本”，然后单击“新增”。
- 键入文件的名称（例如 Cirq.ipynb），然后单击“创建文件”。
当你的新笔记本打开时，它会根据订阅和工作区信息自动为第一个单元格创建代码。
from azure.quantum import Workspace
workspace = Workspace (
resource_id = "", # Add your resource_id
location = "" # Add your workspace location (for example, "westus")
)
注意
除非另有说明，否则应按照单元的创建顺序运行每个单元，以避免任何编译问题。
单击单元左侧的三角形“播放”图标以运行代码。
加载所需的导入项
首先需要导入一个附加模块。
单击“+ 代码”添加一个新的单元，然后添加并运行以下代码：
from azure.quantum.cirq import AzureQuantumService
连接到 Azure Quantum 服务
接下来，使用workspace上一单元格中的对象创建一个AzureQuantumService对象，以连接到 Azure Quantum 工作区。 使用以下代码添加新单元格：
provider = AzureQuantumService(workspace)
定义简单线路
接下来，创建要运行的简单 Cirq 线路。 此线路使用 IonQ 硬件系统固有的 X 门平方根。
import cirq
q0, q1 = cirq.LineQubit.range(2)
circuit = cirq.Circuit(
cirq.X(q0)**0.5, # Square root of X
cirq.CX(q0, q1), # CNOT
cirq.measure(q0, q1, key='b') # Measure both qubits
)
print(circuit)
0: ───X^0.5───@───M────────
│ │
1: ───────────X───M────────
全部列出 targets
targets()使用此方法列出可以运行线路的所有targets工作区，包括当前队列时间和可用性。
注意
targets工作区中的所有内容都可能不会列出 - 此处targets将仅列出可接受 Cirq 或 OpenQASM 线路的线路。
print("This workspace's targets:")
for target in service.targets():
print(target)
This workspace's targets:
<Target name="quantinuum.qpu.h1-1", avg. queue time=0 s, Degraded>
<Target name="quantinuum.sim.h1-1sc", avg. queue time=1 s, Available>
<Target name="quantinuum.sim.h1-1e", avg. queue time=40 s, Available>
<Target name="ionq.simulator", avg. queue time=3 s, Available>
<Target name="ionq.qpu.aria-1", avg. queue time=1136774 s, Available>
注意
工作区的完整列表 target 可能有所不同。
选择一个 target 运行程序
在 IonQ 模拟器上运行
若要在实际的量子硬件上运行线路之前检查该线路，可以使用 IonQ 模拟器 ionq.simulator。
以下单元格提交一个作业，该作业会运行线路 100 次，请等待作业完成，并返回结果。
result = service.run(
program=circuit,
repetitions=100,
target="ionq.simulator"
)
这会返回一个 cirq.Result 对象。
print(result)
b=1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010, 1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010
可以将结果绘制成直方图：
import pylab as pl
pl.hist(result.data)
pl.ylabel("Counts")
pl.xlabel("Result")
估算作业成本
在实际量子硬件或 量子处理单元 （QPU）上运行作业之前，应估算运行成本。
有关最新定价详细信息，请参阅 IonQ 定价，或查看工作区的“提供商”边栏选项卡中的定价选项。 若要查看当前额度状态和用量，请选择“额度和配额”。
在 IonQ QPU 上运行
上一个作业在默认模拟器 ionq.simulator 上运行。 但是，也可以在 IonQ 的硬件处理器或量子处理单元 (QPU) 上运行该作业。 若要在 IonQ QPU 上运行，请提供 ionq.qpu.aria-1 作为 target 参数：
result = service.run(
program=circuit,
repetitions=100,
target="ionq.qpu.aria-1",
timeout_seconds=500 # Set timeout to accommodate queue time on QPU
)
注意
在 QPU 上运行线路所需的时间取决于当前队列时间。 可以通过选择工作区的“提供程序”边栏选项卡来查看其target的平均队列时间。
这会再次返回一个 cirq.Result 对象。
print(result)
b=1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010, 1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010
使用作业的异步模型
对于长期运行的线路，异步运行它们可能会很有用。
service.create_job 方法会返回 Job 对象，在作业成功运行后，可以将该对象用于获取结果。
job = service.create_job(
program=circuit,
repetitions=100,
target="ionq.simulator"
)
若要检查作业状态，请使用 job.status()：
print(job.status())
'completed'
若要等待作业完成并获取结果，请使用阻止调用 job.results()：
result = job.results()
print(result)
00: 0.5
11: 0.5
注意
job.results() 函数不会返回 cirq.Result 对象。 取而代之的是，它会返回特定于 IonQ 模拟器的结果对象，并使用状态概率而不是快照数据。
type(result)
cirq_ionq.results.SimulatorResult
若要将此对象转换为 cirq.Result 对象，请使用 result.to_cirq_result()：
print(result.to_cirq_result())
b=1110101111111110111000011101011111001100010000001011011101001111001111001101100111010000001100011100, 1110101111111110111000011101011111001100010000001011011101001111001111001101100111010000001100011100
重要
当前不支持在单个作业中提交多个线路。 作为一种变通方法，可以调用 backend.run 方法来异步提交每个线路，然后提取每个作业的结果。 例如：
jobs = []
for circuit in circuits:
jobs.append(backend.run(circuit, shots=N))
results = []
for job in jobs:
results.append(job.result())