Гибридные квантовые вычисления

Гибридные квантовые вычисления относятся к процессам и архитектуре классического компьютера и квантовому компьютеру, работающему вместе для решения проблемы. Классические компьютеры всегда использовались в квантовых вычислениях для определения квантовых шлюзов, управления конфигурацией квантового компьютера, отправки заданий и обработки результатов с квантового компьютера. Благодаря последнему поколению гибридной архитектуры квантовых вычислений, доступной в Azure Quantum, интегрированной гибридной среде, можно начать программирование квантовых компьютеров, сочетая классические и квантовые инструкции вместе.

Архитектуры гибридных квантовых вычислений

По мере развития квантовых технологий классические и квантовые процессы становятся все более интегрированными. Корпорация Майкрософт разработала точную таксономию, чтобы понять каждую архитектуру и ее преимущества.

Архитектура	Description
Пакетные квантовые вычисления	Локальные клиенты определяют каналы и передают их в качестве заданий в единицу квантовой обработки (QPU), которая возвращает результат клиенту. Пакетная обработка нескольких каналов в одно задание устраняет ожидание между отправками заданий, что позволяет ускорить выполнение нескольких заданий. Примеры проблем, которые могут воспользоваться пакетными квантовыми вычислениями, включают алгоритм Shor и простую квантовую оценку фазы.
Интерактивные квантовые вычисления (сеансы)	В этой модели клиентский вычислительный ресурс перемещается в облако, что приводит к снижению задержки и повторному выполнению квантового канала с разными параметрами. Задания можно сгруппировать логически в один сеанс и определить приоритеты для заданий, не являющихся сеансами. Хотя сеансы позволяют более короткое время очереди и более длительные проблемы, состояния кубитов не сохраняются между каждой итерацией. Примерами проблем, которые могут использовать этот подход, являются Variational Quantum Eigensolvers (VQE) и Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).
Интегрированные квантовые вычисления	Благодаря интегрированным квантовым вычислениям классические и квантовые архитектуры тесно связаны, что позволяет выполнять классические вычисления в то время как физические кубиты согласованы. Хотя это ограничено жизнью кубита и исправлением ошибок, это позволяет квантовым программам отходить от просто каналов. Теперь программы могут использовать распространенные конструкции программирования для выполнения измерений среднего канала, оптимизации и повторного использования кубитов и адаптации в режиме реального времени к QPU. Примеры сценариев, которые могут воспользоваться этой моделью, — адаптивная оценка этапов и машинное обучение.
Распределенные квантовые вычисления	В этой архитектуре классические вычисления работают вместе с логическими кубитами. Длительное время согласованности, предоставляемое логическими кубитами, позволяет сложным и распределенным вычислениям между разнородными облачными ресурсами. В сочетании с QPU, состоящим из большого количества кубитов, можно ожидать, что эта архитектура будет использоваться для решения таких проблем, как оценка полных каталитических реакций, которые могут воспользоваться коммерческими приложениями и самыми трудными проблемами, которые сталкиваются с человечеством, включая захват углерода и обнаружение новых наркотиков.