Поставщик Quantinuum

Quantinuum предоставляет доступ к системе с захваченными ионами, обладающей высокой точностью, полностью связанными кубитами и способностью выполнять измерения в цепи на промежуточных этапах.

• Издатель: Quantinuum
• Идентификатор поставщика: quantinuum

Targets

Эти функции предоставляются этим поставщиком: targets

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

Теперь все системы Quantinuum targets поддерживают интегрированные гибридные схемы. Дополнительные сведения об отправке интегрированных гибридных заданий см. в разделе "Интегрированные гибридные вычисления".

Средства проверки синтаксиса

Рекомендуется сначала использовать средство проверки синтаксиса для проверки кода. Средства проверки синтаксиса проверяют правильность синтаксиса, завершения компиляции и совместимости компьютеров. Средства проверки синтаксиса используют тот же компилятор, что и тот, который обслуживает квантовый компьютер target. Например, средство проверки синтаксиса H2-1 использует тот же компилятор, что и H2-1. Выполняется полный стек компиляции, за исключением фактических квантовых операций. Если код компилируется, средство проверки синтаксиса возвращает success состояние и результат всех 0. Если код не компилируется, средство проверки синтаксиса возвращает состояние сбоя и выдает сообщение об ошибке, чтобы помочь пользователям отладить синтаксис канала. Средства проверки синтаксиса позволяют разработчикам проверять свой код в любое время, даже если компьютеры находятся в автономном режиме.

• Тип задания: Simulation
• Форматы данных: honeywell.openqasm.v1, honeywell.qir.v1
• Идентификатор целевого объекта:
  • Средство проверки синтаксиса H2-1: quantinuum.sim.h2-1sc
  • Средство проверки синтаксиса H2-2: quantinuum.sim.h2-2sc
• Профиль целевого выполнения: QIR Adaptive RI

Доступ к средству проверки синтаксиса предоставляется бесплатно.

Эмулятор модели системы H2

После проверки синтаксиса кода с помощью средства проверки синтаксиса H2-1 пользователи могут воспользоваться преимуществами эмулятора модели H2 модели Quantinuum, средства эмуляции, содержащего подробную физическую модель и реалистичную модель шума фактического оборудования System Model H2. Дополнительные сведения о модели шума см. в паспорте данных продукта Эмулятора System Model H2, который можно найти на странице System Model H2. Эмулятор модели системы H2 использует такой же API для отправки заданий, как и оборудование модели системы H2, что обеспечивает беспрепятственный переход от эмуляции к аппаратному обеспечению. Чтобы повысить производительность и сократить время разработки, эмулятор H2 доступен даже в автономном режиме.

• Тип задания: Simulation
• Формат данных: quantinuum.openqasm.v1
• Идентификатор целевого объекта:
  • Эмулятор H2-1: quantinuum.sim.h2-1e
  • Эмулятор H2-2: quantinuum.sim.h2-2e
• Профиль целевого выполнения: QIR Adaptive RI

Использование эмулятора модели системы H2 предоставляется бесплатно с помощью аппаратной подписки. Дополнительные сведения см. на странице цен на Azure Quantum.

Системная модель H2

Квантовые компьютеры поколения Quantinuum System Model H2, разработанные Honeywell, построены на основе квантового устройства с зарядовой связью (QCCD) с двумя соединёнными линейными секциями и в настоящее время включают одну систему — H2-1. Дополнительную информацию можно найти в паспорте данных продукта "Системная модель H2", который находится на странице "Системная модель H2". Пользователям рекомендуется проверить совместимость кода, отправив задания в средство проверки синтаксиса и эмулятор System Model H2 перед отправкой их на target компьютеры.

Если пользователь отправляет задание на компьютер H2-1 и компьютер H2-1 недоступен, задание остается в очереди этого компьютера, пока компьютер не станет доступным.

Оборудование модели системы H2 постоянно обновляется на протяжении всего жизненного цикла продукта. Пользователям предоставляется доступ к наиболее актуальному и эффективному оборудованию.

• Тип задания: Quantum Program
• Формат данных: quantinuum.openqasm.v1
• Идентификатор целевого объекта:
  • H2-1: quantinuum.qpu.h2-1
  • H2-2: quantinuum.qpu.h2-2
• Профиль целевого выполнения: QIR Adaptive RI

Технические спецификации модели системы H2

Технические детали системной модели H2 можно найти в листах технических характеристик продуктов Quantinuum на странице System Model H2, где также размещены ссылки на спецификации Quantinuum, репозитории данных квантового объема и информация о том, как ссылаться на использование систем Quantinuum.

Дополнительные возможности

Дополнительные возможности, доступные через API Quantinuum, перечислены здесь.

Пользователи могут воспользоваться этими дополнительными возможностями с помощью функций схем или сквозных параметров в поставщиках Azure Quantum Q# и Qiskit.

Измерение и сброс в контуре на среднем этапе

Измерение и сброс в середине схемы (MCMR) позволяют пользователям измерять кубиты в середине схемы и сбрасывать их. Это позволяет использовать функции для исправления квантовых ошибок, а также возможность повторного использования кубитов в канале.

Из-за внутренней структуры кубитов с ионной ловушкой, измерение в середине цепи может оставить кубит в несчетовом состоянии. Все измерения в середине схемы должны сопровождаться сбросом, если кубит будет использоваться снова в данной схеме. В следующих примерах кода показано это.

Когда подмножество кубитов измеряется в середине цепи, классическая информация из этих измерений может использоваться для определения будущих элементов цепи. В примерах также выделено это использование.

Сведения о MCMR в системах Quantinuum см. на странице MCMR на сайте Quantinuum Docs.

%%qsharp
import Std.Measurement.*;

operation ContinueComputationAfterReset() : Result[] {
    // Set up circuit with 2 qubits
    use qubits = Qubit[2];

    // Perform Bell Test
    H(qubits[0]);
    CNOT(qubits[0], qubits[1]);

    // Measure Qubit 1 and reset it
    let res1 = MResetZ(qubits[1]);

    // Continue additional computation, conditioned on qubits[1] measurement outcome
    if res1 == One {
         X(qubits[0]);
    }
    CNOT(qubits[0], qubits[1]);

    // Measure qubits and return results
    let res2 = Measure([PauliZ, PauliZ], qubits);
    return [res1, res2];
}

from qiskit import QuantumRegister, ClassicalRegister, QuantumCircuit

# Set up quantum circuit
q = QuantumRegister(2)
c = ClassicalRegister(2)
circuit = QuantumCircuit(q, c)
circuit.name = "MCMR Example with Conditional Logic"

# Perform Bell Test
circuit.h(q[0])
circuit.cx(q[0], q[1])

# Measure and reset Qubit 1
circuit.measure(q[1], c[1])
circuit.reset(q[1])

# Continue additional computation, conditioned on Qubit 1's measurement outcome
circuit.x(q[0]).c_if(c, 1)
circuit.cx(q[0], q[1])

# Measure all qubits
circuit.measure(q, c)

# Print out the circuit
circuit.draw()

Ворота ZZ с произвольным углом

Собственный набор ворот Quantinuum включает ZZ-ворота с произвольным углом. Это полезно для уменьшения количества 2-кубитовых шлюзов для многих квантовых алгоритмов и последовательностей шлюзов. Сведения об углах ZZ произвольной величины в системах Quantinuum можно найти на странице углов ZZ с параметризацией на сайте Quantinuum Docs.

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

operation ArbitraryAngleZZExample(theta : Double) : Result[] {
    
    // Set up circuit with 2 qubits
    use qubits = Qubit[2];

    // Create array for measurement results
    mutable resultArray = [Zero, size = 2];

    H(qubits[0]);
    Rz(theta, qubits[0]);
    Rz(theta, qubits[1]);
    X(qubits[1]);

    // Add Arbitrary Angle ZZ gate
    Rzz(theta, qubits[0], qubits[1]);  

    // Measure qubits and return results
    for i in IndexRange(qubits) {
        resultArray w/= i <- M(qubits[i]);  
    }
    
    return resultArray;
}

from qiskit import QuantumCircuit

theta = 0.25

# Set up quantum circuit
circuit = QuantumCircuit(2, 2)
circuit.name = "Arbitrary Angle ZZ Gate Example"

circuit.h(0)
circuit.rz(theta, 0)
circuit.rz(theta, 1)
circuit.x(1)

# Add arbitrary angle ZZ gate
circuit.rzz(theta, 0, 1)

circuit.measure_all()

Общие квантовые ворота запутывания SU(4)

Собственный набор ворот Quantinuum включает общий элемент SU(4) для запутывания. Обратите внимание, что квантовые схемы, отправленные на оборудование, приводятся к полностью запутывающему элементу ZZ и воротам RZZ с произвольным углом. Схемы перебазируются только на общий квантовый вентиль запутывания SU(4), если пользователи выберут эту опцию. Дополнительные сведения об общем SU(4) Entangler в системах Quantinuum см. на странице "Параметризованные уголки SU(4) Гейты" на сайте Quantinuum Docs.

%%qsharp
import Std.Math.*;

operation __quantum__qis__rxxyyzz__body(a1 : Double, a2 : Double, a3 : Double, q1 : Qubit, q2 : Qubit) : Unit {
    body intrinsic;
}

operation SU4Example() : Result[] {
    use qs = Qubit[2];
    
    // Add SU(4) gate
    __quantum__qis__rxxyyzz__body(PI(), PI(), PI(), qs[0], qs[1]);
    
    MResetEachZ(qs)
}

from qdk import qsharp

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

from qdk.azure import Workspace

MyWorkspace = Workspace(resource_id="")

MyTarget = MyWorkspace.get_targets("quantinuum.sim.h2-1e")

# Update TKET optimization level desired
option_params = {
    "nativetq": `Rxxyyzz`,
    "noreduce": True
}

job = MyTarget.submit(MyProgram, "Submit a program with SU(4) gate", shots = 10, input_params = option_params)
job.get_results()

Параметры шума эмулятора

Пользователи могут экспериментировать с параметрами шума эмуляторов Quantinuum. Здесь выделено только несколько доступных параметров шума, чтобы продемонстрировать, как параметры передаются в поставщиках Azure Quantum.

Дополнительные сведения о полном наборе доступных параметров шума см. на странице эмуляторов Quantinuum на сайте Quantinuum docs.

from qdk import qsharp
from qdk.azure import Workspace

qsharp.init(target_profile=qsharp.TargetProfile.Base)

%%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);
}

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

MyWorkspace = Workspace(resource_id="")

MyTarget = MyWorkspace.get_targets("quantinuum.sim.h2-1e")

# Update the parameter names desired
# Note: This is not the full set of options available. 
# For the full set, see the Quantinuum Emulators page
option_params = {
    "error-params": {
        "p1": 4e-5,
        "p2": 3e-3,
        "p_meas": [3e-3, 3e-3],
        "p_init": 4e-5,
        "p_crosstalk_meas": 1e-5,
        "p_crosstalk_init": 3e-5,
        "p1_emission_ratio": 6e-6,
        "p2_emission_ratio": 2e-4
    }
}

job = MyTarget.submit(MyProgram, "Experiment with Emulator Noise Parameters", 
                      shots = 10, 
                      input_params = option_params)
job.get_results()

option_params = {
    "error-model": False 
}

option_params = {
    "simulator": "stabilizer" 
}

# Specify the emulator backend target to submit to
backend = provider.get_backend("quantinuum.sim.h2-1e")

# Update the parameter names desired
# Note: This is not the full set of options available. 
# For the full set, see the Quantinuum Emulator page
option_params = {
    "error-params": {
        "p1": 4e-5,
        "p2": 3e-3,
        "p_meas": [3e-3, 3e-3],
        "p_init": 4e-5,
        "p_crosstalk_meas": 1e-5,
        "p_crosstalk_init": 3e-5,
        "p1_emission_ratio": 6e-6,
        "p2_emission_ratio": 2e-4
    }
}
backend.options.update_options(**option_params)

# Submit the job
job = backend.run(circuit, shots=100)
print("Job id:", job.id())

option_params = {
    "error-model": False 
}

option_params = {
    "simulator": "stabilizer" 
}

Компиляция TKET в стеке Quantinuum

Схемы, отправленные в системы Quantinuum, за исключением интегрированных гибридных заданий, автоматически проходят этапы компиляции TKET для оборудования Quantinuum. Это позволяет автоматически оптимизировать каналы для систем Quantinuum и работать эффективнее.

Дополнительную информацию о конкретных проходах компиляции можно найти в pytket-quantinuum документации, в разделе pytket-quantinuum "Проходы компиляции".

В стеке программного обеспечения Quantinuum применяется уровень оптимизации с параметром tket-opt-level. Параметр компиляции по умолчанию для всех каналов, отправленных в системы Quantinuum, — это уровень оптимизации 2.

Пользователи, которые хотели бы поэкспериментировать с этапами компиляции TKET и узнать, какие оптимизации будут применяться к их схемам перед отправкой любых заданий, могут ознакомиться с блокнотом Quantinuum_compile_without_api.ipynb в папке pytket-quantinuum Examples.

Чтобы выключить компиляцию TKET в стеке, внутри no-opt можно задать True как option_params. Например, "no-opt": True.

Дополнительные сведения о pytket, смотрите по следующим ссылкам:

• pytket
• pytket Руководство пользователя

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

%%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);
}

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

MyWorkspace = Workspace(resource_id="")

MyTarget = MyWorkspace.get_targets("quantinuum.sim.h2-1e")

# Update TKET optimization level desired
option_params = {
    "tket-opt-level": 1
}

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

# Specify the backend target to submit to
backend = provider.get_backend("quantinuum.sim.h2-1e")

# Update TKET optimization level desired
option_params = {
    "tket-opt-level": 1
}
backend.options.update_options(**option_params)

# Submit the job
job = backend.run(circuit, shots=100)
print("Job id:", job.id())

Технические спецификации

Технические сведения о эмуляторах H2 и системной модели H2 можно найти на странице руководства по оборудованию вместе со спецификацией Quantinuum и репозиториями данных квантовых томов и способом цитировать Quantinuum Systems.

Целевой уровень доступности

Квантовые компьютеры Quantinuum предназначены для непрерывного обновления, что позволяет клиентам иметь доступ к новейшим аппаратным возможностям, так как Quantinuum постоянно улучшает точность ворот, ошибки памяти и скорость системы.

Оборудование Quantinuum работает циклически в коммерческом режиме и режиме разработки. В коммерческом режиме оборудование доступно для обработки заданий в системе очередей. Во время периодов разработки оборудование отключено для применения обновлений.

Каждый месяц пользователи Quantinuum получают календарь со сведениями о периодах коммерческого режима и режима разработки. Если вы не получили этот календарь, отправьте сообщение по адресу QCsupport@quantinuum.com.

Статус target указывает на его текущую способность обрабатывать задания. Возможные состояния target включают:

• Доступно: target в сети, обрабатывает отправленные задания и занимается принятием новых заданий.
• Понижено:target принимает задания, но в настоящее время не обрабатывает их.
• Недоступно: target не в сети, не принимает новые задания.

Для квантового компьютера Quantinuum targets и Ограничено соответствуют коммерческим периодам, в то время как Недоступно соответствует периодам разработки, когда машина не работает из-за обновлений.

Текущие сведения о состоянии можно получить на вкладке "Поставщики " рабочей области на портале Azure.

Pricing

Чтобы просмотреть планы выставления счетов для Quantinuum, перейдите на страницу цен для Azure Quantum.

Ограничения и квоты

Квоты Quantinuum отслеживаются на основе кредитной единицы использования процессора QPU, аппаратного квантового кредита (HQC), для заданий, отправленных в квантовые компьютеры компании Quantinuum, и кредитов эмуляции HQC (eHQC) для заданий, отправленных в эмуляторы.

Единицы HQC и eHQC используются для вычисления стоимости выполнения задания. Они рассчитываются по следующей формуле:

$$ HQC = 5 + C(N_{1q} + 10 N_{2q} + 5 N_m)/5000 $$

where:

• $N_{1q}$ – количество однокубитных операций в цепи.
• $N_{2q}$ – количество собственных двухкубитных операций в цепи. Базовые ворота эквивалентны гейту CNOT с точностью до нескольких однокубитных ворот.
• $N_{m}$ — это количество операций подготовки и измерения состояния (SPAM) в цепи, включая начальную неявную подготовку состояния и все промежуточные и окончательные измерения и сбросы состояния.
• $C$ – количество снимков.

Квоты зависят от выбора плана. Их можно увеличить, отправив запрос в службу поддержки. Чтобы просмотреть текущие ограничения и квоты, перейдите в раздел "Операции " и выберите колонку "Квоты " рабочей области на портале Azure. Дополнительные сведения см. в статье Квоты Azure Quantum.