Co to jest hybrydowe obliczenia kwantowe?

hybrydowe przetwarzanie kwantowe odnosi się do procesów i architektury klasycznego komputera oraz komputera kwantowego współpracującego ze sobą w celu rozwiązania problemu. Najnowsza generacja hybrydowej architektury obliczeń kwantowych dostępnych w usłudze Azure Quantum umożliwia rozpoczęcie programowania komputerów kwantowych przez połączenie klasycznych i kwantowych instrukcji.

Usługa Azure Quantum uosabia przyszłościową wizję hybrydowego przetwarzania kwantowego, w której niektóre architektury są już operacyjne, podczas gdy inne są aktywnie opracowywane. W tym artykule opisano różne podejścia do hybrydowych obliczeń kwantowych i sposób ich użycia do optymalizacji niektórych problemów.

Grupowanie obwodów za pomocą obliczeń kwantowych wsadowych

Przetwarzanie kwantowe wsadowe pozwala na przesyłanie wielu obwodów kwantowych jako pojedynczego zadania do sprzętu kwantowego.

Zazwyczaj obwody kwantowe są wysyłane pojedynczo jako pojedyncze zadania do docelowego sprzętu kwantowego. Kiedy klient otrzyma wynik z jednego obwodu, następny obwód zostaje dodany jako nowe zadanie do kolejki. Grupowanie wielu obwodów w jedno zadanie eliminuje oczekiwanie między kolejnymi zgłoszeniami zadań, co pozwala na szybsze uruchamianie wielu zadań. Przykłady problemów, które mogą korzystać z obliczeń kwantowych wsadowych, to algorytm Shora i proste szacowanie faz kwantowych.

Model przetwarzania wsadowego umożliwia również grupowanie wielu wstępnie zdefiniowanych obwodów w jednym zadaniu. Obwody są przesyłane do sprzętu kwantowego natychmiast po zakończeniu poprzedniego obwodu, co skraca czas oczekiwania między zgłaszaniem zadań.

W tej architekturze stan kubitów jest tracony między każdym przesłaniem obwodu.

Grupowanie zadań wraz z sesjami

Sesje umożliwiają organizowanie wielu zadań przetwarzania kwantowego z możliwością uruchamiania klasycznego kodu między zadaniami kwantowymi. Będziesz mieć możliwość uruchamiania złożonych algorytmów w celu lepszego organizowania i śledzenia poszczególnych zadań obliczeń kwantowych. Ponadto zadania pogrupowane w sesjach są priorytetowe w przypadku zadań innych niż sesje.

W tym modelu zasób obliczeniowy klienta jest przenoszony do chmury, co powoduje mniejsze opóźnienie i powtarzające się wykonywanie obwodu kwantowego z różnymi parametrami. Chociaż sesje umożliwiają skrócenie czasu kolejki i dłuższe problemy z uruchamianiem, stany kubitu nie utrzymują się między każdą iteracją. Przykłady problemów, które mogą używać tego podejścia, to Variational Quantum Eigensolvers (VQE) i Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Wprowadzenie do sesji.

Uruchamianie hybrydowych obliczeń kwantowych

W przypadku hybrydowych obliczeń kwantowych architektury klasyczne i kwantowe są ściśle powiązane, co pozwala na wykonywanie klasycznych obliczeń, gdy fizyczne kubity są spójne. Chociaż jest to ograniczone przez czas życia kubitu i korektę błędów, pozwala to programom kwantowym odejść od tylko obwodów. Programy mogą teraz używać typowych konstrukcji programistycznych do wykonywania pomiarów obwodu środkowego, optymalizowania i ponownego używania kubitów oraz dostosowywania ich w czasie rzeczywistym do QPU. Przykłady scenariuszy, które mogą korzystać z tego modelu, to adaptacyjne szacowanie faz i uczenie maszynowe.

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Integrated quantum computing.

Uruchamianie rozproszonych obliczeń kwantowych

W tej architekturze klasyczne obliczenia działają obok kubitów logicznych. Dzięki w pełni zintegrowanej kontroli klasycznej i dłuższym okresom kubitów logicznych rozproszony model obliczeń kwantowych umożliwia obliczenia w czasie rzeczywistym w zasobach kwantowych i rozproszonych. Klasyczne kontrolki nie są już ograniczone do pętli i umożliwiają scenariusze, takie jak modelowanie złożonych materiałów lub ocena pełnych reakcji katalitycznych.