Dostawca IonQ

Komputery kwantowe IonQ wykonują obliczenia, manipulując stanami energii hiperfinii jonów Ytterbium laserami. Atomy to kubity natury — każdy kubit jest identyczny w obrębie i między programami. Operacje logiczne można również wykonywać na dowolnej parze kubitów, co umożliwia tworzenie złożonych programów kwantowych niezakłóconych przez łączność fizyczną. Chcesz dowiedzieć się więcej? Przeczytaj omówienie technologii komputerów kwantowych z jonami pułapkowymi firmy IonQ.

• Wydawca: IonQ
• Identyfikator dostawcy: ionq

Następujące elementy targets są dostępne u tego dostawcy:

IonQ targets odpowiada profilowi QIR Base . Aby uzyskać więcej informacji na temat tego target profilu i jego ograniczeń, zobacz Opis target typów profilów w usłudze Azure Quantum.

Symulator kwantowy

Symulator przyspieszany przez GPU, obsługujący maksymalnie 29 kubitów, używający tego samego zestawu bram, który IonQ zapewnia w swoim sprzęcie kwantowym — doskonałe miejsce do przetestowania zadań przed uruchomieniem ich na rzeczywistym komputerze kwantowym.

• Typ zadania: Simulation
• Format danych: ionq.circuit.v1
• Identyfikator docelowy: ionq.simulator
• Docelowy profil wykonywania: QIR Base

Komputer kwantowy IonQ Aria

IonQ Aria jest flagowym modelem komputerów kwantowych na uwięzionych jonach IonQ z 25-kubitowym dynamicznie rekonfigurowalnym systemem. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz IonQ Aria (ionq.com).

• Typ zadania: Quantum Program
• Format danych: ionq.circuit.v1
• Identyfikator docelowy: ionq.qpu.aria-1
• Docelowy profil wykonywania: QIR Base

Chronometraż systemu

Wierność systemu

* Przygotowanie stanu i pomiar (SPAM): Ta miara określa, jak dokładnie komputer kwantowy może ustawić kubit do stanu początkowego, a następnie zmierzyć wynik na końcu.

IonQ Aria jest dostępna za pośrednictwem planu płatności zgodnie z rzeczywistym użyciem. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Cennik usługi Azure Quantum.

Komputer kwantowy IonQ Forte

IonQ Forte to najbardziej wydajny, komercyjnie dostępny komputer kwantowy IonQ. Z 36-kubitowym systemem konfigurowalnym programowo. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz IonQ Forte (ionq.com).

• Typ zadania: Quantum Program
• Format danych: ionq.circuit.v1
• Identyfikator docelowy: ionq.qpu.forte-1
• Docelowy profil wykonywania: QIR Base

Komputer kwantowy IonQ Forte Enterprise

IonQ Forte Enterprise to najbardziej wydajny, komercyjnie dostępny komputer kwantowy IonQ. Z 36-kubitowym systemem konfigurowalnym programowo. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz IonQ Forte Enterprise (ionq.com).

Forte Enterprise to wersja systemów klasy Forte, które zostały dostosowane i odporne na wdrożenie w standardowym środowisku centrum danych, dzięki czemu jest bardziej odpowiednie dla zadań zorientowanych na środowisko produkcyjne na poziomie przedsiębiorstwa. Podstawowy sprzęt i wydajność obliczeń kwantowych są takie same. Podstawową różnicą między narzędziem IonQ Forte a IonQ Forte Enterprise jest ich wdrożenie i zamierzone przypadki użycia, a nie podstawowe specyfikacje wydajności. Chociaż oba systemy oferują te same metryki o wysokiej wydajności, rozwiązanie Forte Enterprise zostało specjalnie zaprojektowane pod kątem integracji ze środowiskiem centrum danych.

• Typ zadania: Quantum Program
• Format danych: ionq.circuit.v1
• Identyfikator docelowy: ionq.qpu.forte-enterprise-1
• Docelowy profil wykonywania: QIR Base

Format danych wejściowych

W języku Q#dane wyjściowe miary kwantowej są wartością typu Result, która może przyjmować tylko wartości Zero i One. Podczas definiowania operacji języka Q# można ją przesłać tylko do sprzętu IonQ, jeśli zwracany typ to kolekcja Results, czyli jeśli dane wyjściowe operacji są wynikiem pomiaru kwantowego. IonQ tworzy histogram ze zwracanych wartości, więc ogranicza typ zwracany do Result w celu uproszczenia tworzenia tego histogramu.

IonQ targets odpowiada elementowi QIR Base profile. Ten profil nie może uruchamiać operacji kwantowych, które wymagają użycia wyników z pomiarów kubitów w celu kontrolowania przepływu programu.

Format wyjściowy

Po przesłaniu programu kwantowego do symulatora IonQ zwraca histogram utworzony przez miary. Symulator IonQ nie próbkuje rozkładu prawdopodobieństwa utworzonego przez program kwantowy, ale zwraca rozkład skalowany do liczby zdjęć. Jest to najbardziej widoczne podczas przesyłania pojedynczego obwodu strzału. Zobaczysz wiele wyników pomiaru w histogramie dla jednego strzału. To zachowanie jest związane z symulatorem IonQ, podczas gdy funkcja QPU IonQ faktycznie uruchamia program i agreguje wyniki.

Dodatkowe możliwości

Dodatkowe możliwości obsługiwane przez sprzęt IonQ są wymienione tutaj.

Użytkownicy mogą korzystać z tych dodatkowych możliwości za pośrednictwem parametrów przekazywania w usługach Azure Quantum Q# i Qiskit.

Łagodzenie błędów

Pakiet IonQ zapewnia opcję włączenia ograniczania błędów kwantowych podczas przesyłania zadań do sprzętu IonQ. Ograniczenie ryzyka błędów to proces na poziomie kompilatora, który jest uruchamiany i wykonuje wiele symetrycznych odmian obwodu, a następnie agreguje wyniki przy jednoczesnym łagodzeniu wpływu błędów sprzętowych i dekoherencji kubitów. W przeciwieństwie do technik korygowania błędów kwantowych ograniczenie ryzyka błędów nie wymaga dużego nakładu pracy bramy i kubitu.

Debiasing to proces tworzenia niewielkich odmian danego obwodu, który powinien być identyczny na idealnej maszynie bez szumu, stosując techniki takie jak różne przypisania kubitów, dekompozycje bram i rozwiązania impulsowe, i następnie ich wykonanie.

Wyostrzanie i uśrednianie to opcje agregowania wyników wariacji. Średnie jest jednakowo oparte na wszystkich wynikach odmian, podczas gdy wyostrzanie filtruje błędne wyniki i może być bardziej niezawodne dla niektórych typów algorytmów.

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Debiasing and Sharpening. Aby uzyskać informacje o cenach ograniczania błędów, zobacz Cennik IonQ.

Włączanie ograniczania błędów

W usłudze Azure Quantum można włączyć lub wyłączyć ograniczanie błędów dla zadań przesłanych za pomocą języka Q# lub zestawu Qiskit.

Aby włączyć ograniczenie ryzyka błędów, dodaj opcjonalny parametr dla maszyny target :

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

Aby wyłączyć ograniczenie ryzyka błędów, ustaw parametr na False:

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

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

Uruchamianie zadania w usłudze Azure Quantum z ograniczeniem błędów

W tym przykładzie użyto prostego generatora liczb losowych.

Najpierw zaimportuj wymagane pakiety i zainicjuj profil podstawowy:

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

Następnie zdefiniuj funkcję.

%%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()")

Połącz się z usługą Azure Quantum, wybierz maszynę target i skonfiguruj parametry szumu emulatora:

MyWorkspace = Workspace(
    resource_id = "",
    location = ""
)

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

error-mitigation Określanie konfiguracji

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

Przekaż konfigurację ograniczania ryzyka błędów podczas przesyłania zadania:

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

W Qiskit przekazujesz opcjonalne parametry do konfiguracji maszyny przed wysłaniem zadania.

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

Obsługa i użycie bram natywnych

Domyślnie IonQ umożliwia określenie obwodu kwantowego przy użyciu abstrakcyjnego zestawu bram kwantowych o nazwie qis, który umożliwia elastyczność i przenośność podczas pisania algorytmu bez martwienia się o optymalizację sprzętu.

Jednak w niektórych zaawansowanych przypadkach użycia można chcieć zdefiniować obwód bezpośrednio na bramach natywnych, aby zbliżyć się do sprzętu oraz pominąć optymalizację. Zestaw rodzimych bram to zestaw bram kwantowych, które są fizycznie wykonywane w procesorze kwantowym, i dopasowują obwód do tych bram podczas wykonywania.

Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z Wprowadzenie do bram natywnych (ionq.com).

Aby użyć natywnego zestawu bram podczas przesyłania zadań Qiskit do usługi Azure Quantum, określasz parametr gateset podczas inicjowania zaplecza obliczeniowego, jak w poniższym przykładzie:

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

Aby uzyskać więcej informacji na temat zadań Qiskit, zobacz Submit a circuit with Qiskit (Przesyłanie obwodu za pomocą zestawu Qiskit).

Symulacja modelu szumu

Nawet najlepszy z dzisiejszego sprzętu kwantowego ma nieodłączny szum. Znajomość cech szumu target systemu może pomóc udoskonalić algorytmy i uzyskać bardziej realistyczne przewidywanie wyników podczas uruchamiania obwodu na rzeczywistym sprzęcie. Technologia IonQ udostępnia symulację modelu szumu, która wprowadza hałas do obwodu przy użyciu "odcisku palca szumu" specyficznego dla sprzętu target . Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Wprowadzenie do symulacji modelu szumu sprzętowego.

Parametry modelu szumu

Rozpoznawanie strzałów

Symulacja modelu szumu jest świadoma strzałów; to znaczy, że próbkuje pomiary ze stanu wyjściowego na podstawie liczby dostarczonych strzałów. Parametr shots jest przesyłany z zadaniem w usłudze Azure Quantum i jest wymagany dla aria-1 modeli szumu. Jeśli nie określono wartości shot, zostanie użyta wartość domyślna 1000. Jeśli jest używany model szumu ideal , shots parametr jest ignorowany.

Pojemność kubitu

ideal Chociaż model szumu umożliwia symulowanie do 29 kubitów za pomocą symulatora kwantowego IonQ, modele szumu specyficzne dla sprzętu są ograniczone do rzeczywistej pojemności kubitów target sprzętu, czyli 25 kubitów dla modelu szumuaria-1.

Włączanie symulacji modelu szumu

W usłudze Azure Quantum symulacja modelu szumu może być włączona lub wyłączona dla zadań przesłanych za pomocą języka Q# lub z zestawem Qiskit.

Aby włączyć symulację modelu szumu, dodaj opcjonalny parametr dla target maszyny, na przykład:

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
    }
}

Uruchamianie zadania z symulacją modelu szumu

Możesz użyć tego samego przykładowego programu pokazanego wcześniej w mitigacji błędów i dodać lub zastąpić konfigurację modelu szumu w option_params.

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

Następnie przekaż opcjonalne parametry podczas przesyłania zadania:

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

W Qiskit przekazujesz opcjonalne parametry do konfiguracji maszyny przed wysłaniem zadania.

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

Cennik

Aby wyświetlić plan rozliczeniowy IonQ, odwiedź stronę Cennik usługi Azure Quantum.

Limity przydziału i ograniczenia

Przydziały IonQ są monitorowane na podstawie jednostki użycia QPU, która jest kubit-gate-shot (QGS). Użycie zasobów jest rozliczane na twoim koncie.

Każdy program kwantowy składa się z $N$ kwantowych bram logicznych jednego lub więcej kubitów i jest wykonywany dla określonej liczby powtórzeń. Liczba strzałów na bramkę jest obliczana przy użyciu następującego wzoru.

$$ QGS = N · C $$

gdzie:

• $N$ jest liczbą przesłanych bramek jedno- lub dwu-kubitowych
• $C$ to liczba żądanych wykonań

Stan IonQ

Aby uzyskać informacje o opóźnieniach przetwarzania zadań QPU IonQ, zobacz stronę stanu IonQ.

Najlepsze rozwiązania i wykres łączności IonQ

Aby zapoznać się z zalecanymi najlepszymi rozwiązaniami dotyczącymi QPU IonQ, zobacz Najlepsze rozwiązania IonQ (ionq.com).