Поставщик IonQ

Квантовые компьютеры IonQ выполняют вычисления путем управления состояниями энергии сверхтонкого взаимодействия в ионах иттербия с помощью лазеров. Атомы — это естественные кубиты, все кубиты идентичны в пределах одной программы и между программами. Логические операции также можно выполнять с любой произвольной парой кубитов, что позволяет создавать сложные квантовые программы, в которых нет проблемы с физическими связями. Хотите узнать больше? Ознакомьтесь с кратким обзором технологии квантового компьютера с захваченным ионом от IonQ.

• Издатель: IonQ
• Идентификатор поставщика: ionq

targets Следующие возможности доступны в этом поставщике:

IonQ targets соответствует профилю QIR Base. Дополнительные сведения об этом target профиле и его ограничениях см. в разделе "Общие target сведения о типах профилей" в Azure Quantum.

Квантовый симулятор

Идеализированный симулятор с ускорением на GPU, поддерживающий до 29 кубитов и использующий тот же набор ворот, который IonQ предоставляет на своем квантовом оборудовании, — отличное место для предварительной проверки задач перед их запуском на настоящем квантовом компьютере.

• Тип задания: Simulation
• Формат данных: ionq.circuit.v1
• Идентификатор целевого объекта: ionq.simulator
• Профиль целевого выполнения: QIR Base

Квантовый компьютер IonQ Aria

IonQ Aria является флагманом квантовых компьютеров IonQ с ионной ловушкой, имея 25-кубитную динамически перенастройчиваемую систему. Дополнительные сведения см. в статье IonQ Aria (ionq.com).

• Тип задания: Quantum Program
• Формат данных: ionq.circuit.v1
• Идентификатор целевого объекта: ionq.qpu.aria-1
• Профиль целевого выполнения: QIR Base

Тайминг системы

Точность системы

* Подготовка и измерение состояния (SPAM). Это измерение определяет, насколько точно квантовый компьютер может задать для кубита исходное состояние, а затем измерить результат.

IonQ Aria доступен через план Pay As You Go. Дополнительные сведения см. в разделе Цены на Azure Quantum.

Квантовый компьютер IonQ Forte

IonQ Forte — это высокопроизводительный, коммерчески доступный квантовый компьютер IonQ. С помощью программно-настраиваемой 36-кубитовой системы. Дополнительные сведения см. в разделе IonQ Forte (ionq.com).

• Тип задания: Quantum Program
• Формат данных: ionq.circuit.v1
• Идентификатор целевого объекта: ionq.qpu.forte-1
• Профиль целевого выполнения: QIR Base

Квантовый компьютер IonQ Forte Enterprise

IonQ Forte Enterprise — это высокопроизводительный, коммерчески доступный квантовый компьютер IonQ. С помощью программно-настраиваемой 36-кубитовой системы. Дополнительные сведения см. в разделе IonQ Forte Enterprise (ionq.com).

Forte Enterprise — это версия систем классов Forte, адаптированных и защищенных для развертывания в стандартной среде центра обработки данных, что делает его более подходящим для задач корпоративного уровня, ориентированных на производство. Базовое квантовое вычислительное оборудование и производительность одинаковы. Основное различие между IonQ Forte и IonQ Forte Enterprise заключается в их развертывании и предполагаемых вариантах использования, а не в основных спецификациях производительности. Хотя обе системы могут похвастаться одинаковыми высокопроизводительными метриками, Forte Enterprise специально предназначен для интеграции с средой центра обработки данных.

• Тип задания: Quantum Program
• Формат данных: ionq.circuit.v1
• Идентификатор целевого объекта: ionq.qpu.forte-enterprise-1
• Профиль целевого выполнения: QIR Base

Формат входных данных

В Q#выходные данные квантового измерения — это значение типа Result, которое может принимать только значения Zero и One. При определении операции Q# она может быть отправлена только в оборудование IonQ, если тип возвращаемого значения является коллекцией Results, то есть, если выходные данные операции являются результатом квантового измерения. Причина этого заключается в том, что IonQ создает гистограмму из возвращаемых значений, поэтому она ограничивает возвращаемый тип до Result, чтобы упростить создание этой гистограммы.

IonQ targets соответствует QIR Base profile. Этот профиль не может выполнять квантовые операции, требующие использования результатов из измерений кубитов для управления потоком программы.

Формат вывода

При отправке квантовой программы в симулятор IonQ он возвращает гистограмму, созданную измерениями. Симулятор IonQ не производит выборку распределения вероятностей, созданного квантовой программой, а возвращает распределение, масштабированное до количества измерений. Это наиболее очевидно при отправке одного канала выстрела. Вы увидите несколько результатов измерения в гистограмме для одного выстрела. Это поведение присуще симулятору IonQ, а IonQ QPU фактически запускает программу и агрегирует результаты.

Дополнительные возможности

Дополнительные возможности, поддерживаемые оборудованием IonQ, перечислены здесь.

Пользователи могут воспользоваться этими дополнительными возможностями через проброс параметров в поставщиках Azure Quantum Q# и Qiskit.

Устранение ошибок

IonQ предоставляет возможность включить устранение квантовых ошибок при отправке заданий на оборудование IonQ. Устранение ошибок — это процесс на уровне компилятора, который выполняет несколько симметричных вариаций схемы, а затем агрегирует результаты, одновременно смягчая влияние аппаратных ошибок и декогеренции кубитов. В отличие от методов исправления квантовых ошибок, устранение ошибок не требует большого количества логических элементов и избыточного количества кубитов.

Фильтрация предвзятости — это процесс создания небольших вариаций заданной схемы, которая должна быть идентичной на идеальной машине, лишенной шума, с использованием таких методов, как различные распределения кубитов, декомпозиции ворот и решения в области импульсов, а затем выполнение этих вариантов.

Резкость и усреднение — это варианты агрегирования результатов вариантов. Усреднение основано одинаково на всех результатах вариации, в то время как Sharpening фильтрует ошибочные результаты и может быть более надежным для определенных типов алгоритмов.

Дополнительные сведения см. в разделе Debiasing и Sharpening. Сведения о ценах на устранение ошибок см. в разделе о ценах на IonQ.

Активация снижения воздействия ошибок

В Azure Quantum устранение ошибок можно включить или отключить для заданий, отправленных с помощью Q# или Qiskit.

Чтобы включить устранение ошибок, добавьте необязательный параметр для target компьютера:

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    }
}

Чтобы отключить устранение ошибок, задайте для параметра Falseзначение :

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    }
}

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    },
    "noise": {
    "model": "aria-1",
    "seed": 100
    }
}

Выполнение задания в Azure Quantum с устранением ошибок

В этом примере используется простой генератор случайных чисел.

Сначала импортируйте необходимые пакеты и инициируйте базовый профиль:

from qdk import qsharp
from qdk.azure import Workspace
qsharp.init(target_profile=qsharp.TargetProfile.Base)

Затем определите функцию.

%%qsharp
import Std.Measurement.*;
import Std.Arrays.*;
import Std.Convert.*;

operation GenerateRandomBit() : Result {
    use target = Qubit();

    // Apply an H-gate and measure.
    H(target);
    return M(target);
}

and compile the operation:

```python
MyProgram = qsharp.compile("GenerateRandomBit()")

Подключитесь к Azure Quantum, выберите target компьютер и настройте параметры шума для эмулятора:

MyWorkspace = Workspace(resource_id = "")

MyTarget = MyWorkspace.get_targets("ionq.qpu.aria-1")

Укажите конфигурацию error-mitigation

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    }
}

Передайте конфигурацию устранения ошибок при отправке задания:

job = MyTarget.submit(MyProgram, "Experiment with error mitigation", shots = 10, input_params = option_params)
job.get_results()

В Qiskit, перед отправкой задания, необязательные параметры передаются в конфигурацию машины:

circuit.name = "Single qubit random - Debias: True"
backend.options.update_options(**option_params)
job = backend.run(circuit, shots=500)

Поддержка и использование встроенных гейтов

По умолчанию IonQ позволяет указать квантовую цепь с помощью абстрактного набора квантовых вентилей, называемых qis, что обеспечивает гибкость и переносимость при написании алгоритма без необходимости оптимизации оборудования.

Однако в некоторых расширенных случаях использования может потребоваться определить цепь непосредственно на собственных вентилях, чтобы максимально эффективно использовать оборудование и исключить оптимизацию. Набор собственных вентилей — это набор квантовых вентилей, которые физически выполняются в квантовом процессоре и обеспечивают соответствие цепи этим вентилям во время выполнения.

Дополнительные сведения см. в разделе Начало работы с родными вентилями (ionq.com).

Чтобы использовать родной набор вентилей при отправке заданий Qiskit в Azure Quantum, необходимо указать параметр gateset при инициализации бэкэнда, как показано в примере ниже.

# Here 'provider' is an instance of AzureQuantumProvider
backend = provider.get_backend("ionq.qpu.aria-1", gateset="native")

Дополнительные сведения о заданиях Qiskit см. в статье "Отправка заданий с помощью пакета QDK Python".

Моделирование модели шума

Даже лучший из современных квантовых оборудования имеет присущий шум. Зная характеристики шума системы target, вы сможете уточнить свои алгоритмы и получить более реалистичный прогноз результатов при запуске схемы на реальном оборудовании. IonQ предоставляет имитацию модели шума, которая вводит шум в схему с помощью "шумового отпечатка", относящийся к target оборудованию. Дополнительные сведения см. в статье "Начало работы с моделированием аппаратной модели шума".

Параметры модели шума

Осведомленность о снимках

Имитация шумовой модели учитывает количество снимков; т. е. он выполняет выборку измерений из выходного состояния на основе количества предоставленных снимков. В Azure Quantum параметр shots отправляется вместе с заданием и необходим для моделей шума aria-1. Если значение не shot указано, используется значение 1000 по умолчанию. ideal Если используется модель шума, shots параметр игнорируется.

Емкость Кубита

ideal Хотя модель шума позволяет имитировать до 29 кубитов с квантовым симулятором IonQ, модели шума, специфичные для аппаратного обеспечения, ограничены фактической емкостью оборудования target, составляющей 25 кубитов для модели шума aria-1.

Включение моделирования модели шума

В Azure Quantum моделирование модели шума можно включить или отключить для заданий, отправленных с помощью Q# или qiskit.

Чтобы включить имитацию шумовой модели, добавьте необязательный параметр для target компьютера, например:

option_params = {
    "noise": {
        "model": "aria-1",   # targets the Aria quantum computer
        "seed" : 1000         # If seed isn't specified, a random value is used  
    }
}

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": False
    },
    "noise": {
    "model": "aria-1",
    "seed": 1000
    }
}

Выполнение задания с имитацией модели шума

Вы можете использовать ту же примерную программу, показанную ранее в устранении ошибок, и добавить или заменить конфигурацию модели шума в option_params;

option_params = {
    "error-mitigation": {
        "debias": True
    },
    "noise": {
    "model": "aria",
    "seed": 1000
    }
}

Затем передайте необязательные параметры при отправке задания:

job = MyTarget.submit(MyProgram, "Experiment with noise model simulation", shots = 10, input_params = option_params)
job.get_results()

В Qiskit, перед отправкой задания, необязательные параметры передаются в конфигурацию машины:

circuit.name = "Single qubit random - Debias: True"
backend.options.update_options(**option_params)
job = backend.run(circuit, shots=500)

Цены

Чтобы просмотреть план выставления счетов для IonQ, перейдите на страницу цен для Azure Quantum.

Ограничения и квоты

Квоты IonQ отслеживаются на основе единицы использования QPU, которая определяется как кубит-шлюз-снимок (QGS). Плата за использование ресурсов взимается путем вычета кредитов из вашей учетной записи.

Каждая квантовая программа состоит из $N$ квантовых логических вентилей с одним или несколькими кубитами и выполняется для определенного числа запусков. Количество gate-shots вычисляется по следующей формуле:

$$ QGS = N · C $$

где:

• $N$ — это количество задействованных одиночных и двухкубитных вентилей.
• $C$ — это количество запрошенных запусков выполнения

Состояние IonQ

Для получения информации о задержках обработки заданий QPU компании IonQ см. страницу состояния IonQ.

Лучшие методики и граф подключения IonQ

Чтобы ознакомиться с рекомендованными лучшими практиками для IonQ QPU, смотрите IonQ Best Practices (ionq.com).