Azure Quantum Resource 估算器簡介

本文介紹 Azure Quantum Resource Estimateor，這是功能強大的 開放原始 碼工具，可讓您估計在量子計算機上執行量子程式所需的資源。

什麼是 Azure Quantum Resource 估算器？

Azure Quantum Resource Estimateor 是 開放原始 碼工具，可讓您估計在容錯量子計算機上執行指定量子演算法所需的資源。

提示

Azure Quantum Resource Estimator 是免費的 ，不需要 Azure 帳戶。

資源估算器提供實體和邏輯量子位、運行時間，以及用於每個估計值的公式和值詳細數據。 這表示演算法開發會成為焦點，目標是優化效能並降低成本。 透過 Azure Quantum 資源估算器，您可以比較量子位技術、量子錯誤修正配置和其他硬體特性，以瞭解它們如何影響執行量子程式所需的資源。

您可以從已知的預先定義的量子位參數設定和量子錯誤修正開始， (QEC) 配置，或設定各種機器特性的唯一設定，例如作業錯誤率、作業速度，以及錯誤更正配置和閾值。

為什麼在量子運算的開發中，資源估計很重要？

雖然量子計算機承諾解決重要的科學和商業問題，但達成商業可行性需要大規模的容錯量子計算機，這些計算機在迭加中具有大量量子位，且實體錯誤率低於特定臨界值。 商業和科學可行性也需要QEC配置才能達到容錯。 QEC 需要大量時間和空間，需要增加演算法或邏輯層級作業的運行時間，以及儲存和計算資訊的額外實體量子位。

使用資源估算器，您可以瞭解架構設計選擇和量子錯誤修正配置的影響。 資源估算器將協助您瞭解執行應用程式所需的量子位數目、執行所需的時間，以及哪些量子位技術更適合解決特定問題。 瞭解這些需求可讓您準備和精簡量子解決方案，以在未來調整的量子機器上執行。

哪些功能讓資源估算器是唯一的？

資源估算器是包含所有量子運算堆疊層級的強大工具。 量子運算堆疊可以分成三個層級：應用層級、量子程序設計或編譯層級，以及硬體或模型層級。

資源估算器可讓您自定義每個層級的參數，並分析它們如何影響執行量子程式所需的整體資源。

自訂

您可以調整資源估算器，並指定量子系統的特性。 您可以使用預先定義的 target 參數，或根據您的需求加以自定義。 如需詳細資訊，請參閱 自定義計算機特性的資源估計值。

目標參數	描述您的系統
實體量子位模型	例如，指定指令集、量子位測量時間、錯誤率或閘道時間。
量子錯誤修正配置	例如，指定每個邏輯量子位、邏輯週期時間或錯誤更正閾值的實體量子位數目。
錯誤預算	例如，指定錯誤預算來實作邏輯量子位、T 狀態擷取，以及旋轉網關的合成。
擷取單位	例如，指定擷取程式所需的 T 狀態數目、從擷取程式產生做為輸出的 T 狀態數目，或擷取程式失敗的機率。
條件約束	例如，指定實體量子位數目上限、運行時間上限或 T Factory 複本數目上限。

彈性

您可以將自己的程式代碼和編譯工具帶入資源估算器。 資源估算器支援任何翻譯為 QIR 的語言，例如 Q# 和 Qiskit。 請參閱 執行資源估算器的不同方式。

批次多個估計值

資源估算器可讓您評估針對 不同參數位列 target 態執行相同量子演算法所需的資源，並比較結果。 如此一來，您就可以瞭解量子位架構、QEC 配置和其餘 target 參數如何影響整體資源。

Optimization

您可以藉由在整體成本中納入一些估計值，來減少資源估算器的運行時間。 例如，如果您使用大型程式，您可以計算和 快取子程式的成本，或如果您已經 知道作業的估計 值，您可以將這些估計值傳遞給資源估算器。

資源的視覺效果

您可以使用 空格時間圖表，將實體量子位數目與演算法運行時間之間的取捨可視化，這可讓您找出 {量子位數目、運行時間} 組的最佳組合。

您也可以使用空間圖來檢查用於演算法和 T Factory 的實體量子位分佈。

開始使用資源估算器

資源估算器是 Azure Quantum Development Kit (Modern QDK) 的一部分。 若要開始使用，請參閱 執行您的第一個資源估計值。

下表顯示不同的使用者案例和建議文章，以從資源估算器開始。

使用者案例	您想要
我正在開發 QEC 程式代碼	您可以使用資源估算器來自定義 QEC 程式代碼，並比較不同的參數組合。 請參閱 如何自定義 QEC 配置。
我正在開發量子演算法	藉由分析不同硬體與軟體配置檔組態對資源需求的影響，您可以深入瞭解量子演算法在不同硬體和錯誤狀況下如何執行。 這項資訊可協助您針對特定量子硬體或錯誤率優化演算法。 請參閱執行多個參數位組態target。
我想要改善量子程式的效能	若要瞭解如何利用資源估算器的強大功能，請參閱執行大型程式和使用已知的估計值。
我有興趣大規模量子運算	您可以使用資源估算器來分析大規模容錯量子計算機預期要解決的實際問題資源。 請參閱 大規模量子運算的資源估計如何。
我正在開發量子安全密碼編譯	您可以使用資源估算器來比較不同加密演算法、金鑰強度、量子位類型和錯誤率的效能，以及其量子攻擊的復原能力。 請參閱 資源估計和密碼編譯。

注意

如果您在使用資源估算器時遇到任何問題，請參閱 疑難解答頁面。

大規模量子運算的資源估計

如果您想要開發大規模量子計算機的量子演算法，請參閱 估計量子化學問題的資源 教學課程。

本教學課程代表將量子解決方案的資源估計整合到電子結構問題的第一個步驟。 縮放量子計算機的其中一個最重要的應用程式是解決量子化學問題。 複雜的量子機械系統的模擬有可能在碳擷取、食物不安全，以及設計更好的食物和材料等領域中的突破。

例如，本教學課程中所使用的其中一個是Nitrogenase_54orbital，會描述nitrogenase_54orbital。 如果您可以精確地模擬此量子層級的運作方式，可協助我們瞭解如何大規模產生。 您可以取代耗用大量能源的程式，以產生足夠的動力來饋送行星。 這有可能減少全球碳使用量，也有助於解決不斷成長人口中食物不安全的疑慮。