Общие сведения о оценке ресурсов Azure Quantum

В этой статье описывается средство оценки ресурсов Azure Quantum, мощное средство с открытым исходным кодом , позволяющее оценить ресурсы, необходимые для запуска квантовой программы на квантовом компьютере.

Что такое оценщик ресурсов Azure Quantum?

Оценка квантовых ресурсов Azure — это средство с открытым исходным кодом , позволяющее оценить ресурсы, необходимые для выполнения заданного квантового алгоритма на отказоустойчивом квантовом компьютере.

Совет

Оценка ресурсов Azure Quantum предоставляется бесплатно и не требует учетной записи Azure.

Оценка ресурсов предоставляет общее количество физических и логических кубитов, среды выполнения, а также подробные сведения о формулах и значениях, используемых для каждой оценки. Это означает, что разработка алгоритмов становится основной задачей оптимизации производительности и снижения затрат. 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.

Вы можете начать с известных, предварительно определенных параметров параметров кубита и схем исправления квантовых ошибок (QEC) или настроить уникальные параметры в широком диапазоне характеристик компьютера, таких как скорость операций, скорость операций и схемы исправления ошибок и пороговые значения.

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.

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

Вы можете адаптировать оценщик ресурсов и указать характеристики квантовой системы. Вы можете использовать предопределенные target параметры или настроить их в соответствии с вашими потребностями. Дополнительные сведения см. в разделе "Настройка оценок ресурсов для характеристик компьютера".

Параметры целевых расположений	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.

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 (современный 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, проверка страницу устранения неполадок.

Оценка ресурсов для крупномасштабных квантовых вычислений

Если вы хотите разработать квантовые алгоритмы для крупномасштабных квантовых компьютеров, проверка из руководства 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.