Introdução ao Avaliador de Recursos do Azure Quantum
Este artigo apresenta o Avaliador de Recursos do Azure Quantum, uma poderosa ferramenta de software livre que permite estimar os recursos necessários para executar um programa quântico em um computador quântico.
O que é o Avaliador de Recursos do Azure Quantum?
O Avaliador de Recursos do Azure Quantum é uma ferramenta de software livre que permite estimar os recursos necessários para executar um determinado algoritmo quântico em um computador quântico tolerante a falhas.
Dica
O Avaliador de Recursos do Azure Quantum é gratuito e não requer uma conta do Azure.
O Avaliador de Recursos fornece o número total de qubits físicos e lógicos, runtime, bem como detalhes das fórmulas e valores usados para cada estimativa. Isso significa que o desenvolvimento de algoritmos se torna o foco, com o objetivo de otimizar o desempenho e diminuir o custo. Com o Avaliador de Recursos do Azure Quantum, você pode comparar tecnologias qubit, esquemas de correção de erros quânticos e outras características de hardware para entender como eles afetam os recursos necessários para executar um programa quântico.
Você pode começar com configurações de parâmetro qubit bem conhecidas e predefinidas e esquemas de QEC (correção de erros quânticos) ou definir configurações exclusivas em uma ampla variedade de características do computador, como taxas de erro de operação, velocidades de operação e esquemas de correção de erros e limites.
Por que a avaliação de recursos é importante no desenvolvimento da computação quântica?
Embora os computadores quânticos prometam resolver problemas científicos e comerciais importantes, alcançar a viabilidade comercial exigirá computadores quânticos tolerantes a falhas em larga escala que têm um grande número de qubits em superposição e taxas de erro físicas abaixo de um determinado limite. A viabilidade comercial e científica também exigirá que os esquemas QEC alcancem tolerância a falhas. A QEC tem uso intensivo de tempo e espaço, e exige maior tempo de execução para algoritmos ou operações de nível lógico, bem como qubits físicos adicionais para armazenar e calcular informações.
Usando o Avaliador de Recursos, você pode entender o impacto das opções de design de arquitetura e dos esquemas de correção de erros quânticos. O Avaliador de Recursos ajudará você a entender quantos qubits são necessários para executar um aplicativo, quanto tempo levará para ser executado e quais tecnologias qubit são mais adequadas para resolver um problema específico. Entender esses requisitos permitirá que você prepare e refinar soluções quânticas para serem executadas em máquinas quânticas em escala futuras.
Quais recursos tornam o Avaliador de Recursos exclusivo?
O Avaliador de Recursos é uma ferramenta poderosa que envolve todos os níveis de pilha de computação quântica. A pilha de computação quântica pode ser dividida em três níveis: o nível do aplicativo, a programação quântica ou o nível de compilação e o nível de hardware ou modelagem.
O Avaliador de Recursos permite personalizar os parâmetros de cada nível e analisar como eles afetam os recursos gerais necessários para executar um programa quântico.
Personalização
Você pode adaptar o Avaliador de Recursos e especificar as características do sistema quântico. Você pode usar os parâmetros predefinidos target ou personalizá-los de acordo com suas necessidades. Para obter mais informações, consulte Personalizar estimativas de recursos para características do computador.
Parâmetros de destino | Descrever seu sistema |
---|---|
Modelo de qubit físico | Por exemplo, especifique o conjunto de instruções, o tempo de medição do qubit, as taxas de erro ou os tempos de portão. |
Esquema de correção de erro quântico | Por exemplo, especifique o número de qubits físicos por qubit lógico, a hora do ciclo lógico ou o limite de correção de erro. |
Orçamento de erros | Por exemplo, especifique o orçamento de erro para implementar qubits lógicos, destilação de estados T e síntese dos portões de rotação. |
Unidades de destilação | Por exemplo, especifique o número de estados T necessários para o processo de destilação, o número de estados T produzidos como saída do processo de destilação ou a probabilidade de falha do processo de destilação. |
Restrições | Por exemplo, especifique o número máximo de qubits físicos, o runtime máximo ou o número máximo de cópias de fábrica T. |
Flexibilidade
Você pode trazer seu próprio código e ferramentas de compilação para o Avaliador de Recursos. O Avaliador de Recursos dá suporte a qualquer idioma que seja convertido em QIR, por exemplo, Q# e Qiskit. Confira Diferentes maneiras de executar o Avaliador de Recursos.
Estimativas múltiplas do lote
O Avaliador de Recursos permite estimar os recursos necessários para executar o mesmo algoritmo quântico para diferentes configurações de target parâmetros e comparar os resultados. Dessa forma, você pode entender como a arquitetura qubit, o esquema QEC e o restante dos target parâmetros afetam os recursos gerais.
Otimização
Você pode reduzir o tempo de execução do Avaliador de Recursos incorporando algumas estimativas no custo geral. Por exemplo, se você estiver trabalhando com um programa grande, poderá calcular e armazenar em cache o custo das sub-rotinas ou, se já souber as estimativas de uma operação , poderá passá-las para o Avaliador de Recursos.
Visualização de recursos
Você pode visualizar as compensações entre o número de qubits físicos e o runtime do algoritmo usando o diagrama de tempo de espaço, que permite encontrar a combinação ideal de {número de qubits, pares de runtime}.
Você também pode inspecionar a distribuição de qubits físicos usados para o algoritmo e as fábricas T usando o diagrama de espaço.
Introdução ao Avaliador de Recursos
O Avaliador de Recursos faz parte do QDK Moderno (Kit de Desenvolvimento do Azure Quantum). Para começar, consulte Executar sua primeira estimativa de recurso.
A tabela a seguir mostra diferentes cenários de usuário e os artigos recomendados para começar com o Avaliador de Recursos.
Cenário do usuário | Você deseja |
---|---|
Estou desenvolvendo códigos QEC | Você pode usar o Avaliador de Recursos para personalizar seus códigos QEC e comparar diferentes combinações de parâmetros. Confira Como personalizar seus esquemas QEC. |
Estou desenvolvendo algoritmos quânticos | Analisando o impacto de diferentes configurações de perfis de hardware e software nos requisitos de recursos, você pode obter insights sobre como seu algoritmo quântico pode ser executado em diferentes condições de hardware e erro. Essas informações podem ajudá-lo a otimizar seu algoritmo para taxas de erro ou hardware quântico específicas. Consulte Executando várias configurações de target parâmetros. |
Quero melhorar o desempenho de programas quânticos | Para saber como aproveitar o poder do Avaliador de Recursos, consulte Executando programas grandes e Usando estimativas conhecidas. |
Estou interessado em computação quântica em larga escala | Você pode usar o Avaliador de Recursos para analisar os recursos de problemas do mundo real que devem ser resolvidos por computadores quânticos tolerantes a falhas em larga escala. Veja como, na estimativa de recursos para computação quântica em larga escala. |
Estou desenvolvendo criptografia quântica segura | Você pode usar o Avaliador de Recursos para comparar o desempenho de diferentes algoritmos de criptografia, pontos fortes de chave, tipos de qubit e taxas de erro e sua resiliência a ataques quânticos. Confira Estimativa de recursos e criptografia. |
Observação
Se você tiver algum problema ao trabalhar com o Avaliador de Recursos, marcar a página Solução de problemas.
Estimativa de recursos para computação quântica em larga escala
Se você quiser desenvolver algoritmos quânticos para computadores quânticos em larga escala, marcar o tutorial Estimar os recursos de um problema de química quântica.
Este tutorial representa uma primeira etapa para integrar a estimativa de recursos de soluções quânticas a problemas de estrutura eletrônica. Uma das aplicações mais importantes de computadores quânticos dimensionados é resolver problemas de química quântica. A simulação de sistemas mecânicos quânticos complexos tem o potencial de desbloquear avanços em áreas como captura de carbono, insegurança alimentar e design de melhores combustíveis e materiais.
Por exemplo, um dos hamiltonianos usados neste tutorial, o nitrogenase_54orbital, descreve a enzima nitrogenase. Se você pudesse simular com precisão como essa enzima funciona em um nível quântico, isso poderia nos ajudar a entender como produzi-la em escala. Você poderia substituir o processo altamente intensivo de energia que é usado para produzir fertilizante suficiente para alimentar o planeta. Isso tem o potencial de reduzir a pegada global de carbono e também ajudar a resolver preocupações sobre a insegurança alimentar em uma população em crescimento.
Comentários
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