O que é o Azure Quantum Resource Estimator?
O Azure Quantum Resource Estimator é uma ferramenta de código aberto que permite estimar os recursos necessários para executar um programa quântico em um computador quântico tolerante a falhas.
O Estimador de Recursos calcula o número total de qubits físicos e lógicos, o tempo de execução e os detalhes das fórmulas e valores usados para cada estimativa. Com o Azure Quantum Resource Estimator, você pode comparar tecnologias qubit, esquemas de correção de erros quânticos e outras características de hardware para entender como elas afetam os recursos necessários para executar um programa quântico.
Dica
O Azure Quantum Resource Estimator é gratuito e não requer uma conta do Azure.
Quais recursos tornam o Estimador de Recursos exclusivo?
O Estimador de Recursos é uma ferramenta poderosa que envolve todos os níveis da pilha de computação quântica. A pilha de computação quântica pode ser dividida em três níveis: o nível de aplicação, o nível de programação quântica ou compilação e o nível de hardware ou modelagem.
O Estimador de Recursos permite personalizar os parâmetros de cada nível e analisar como eles afetam os recursos gerais necessários para executar um programa quântico.
Personalização
O Estimador de Recursos tem uma API de extensibilidade para modelar qualquer arquitetura quântica e modificar todas as suposições. Você pode adaptar o Estimador de Recursos e especificar as características do seu sistema quântico.
Você pode usar parâmetros de qubit predefinidos e esquemas de correção de erros quânticos (QEC) ou definir configurações exclusivas em uma ampla gama de características da máquina. Para obter mais informações, consulte Personalizar os target parâmetros do Estimador de Recursos.
| Parâmetros de destino | Descreva seu sistema |
|---|---|
| Modelo de qubit físico | Por exemplo, especifique o conjunto de instruções, o tempo de medição do qubit, as taxas de erro ou os tempos de portão. |
| Esquema de correção de erros quânticos | Por exemplo, especifique o número de qubits físicos por qubit lógico, o tempo de ciclo lógico ou o limite de correção de erros. |
| Orçamento de erro | Por exemplo, especifique o orçamento de erro para implementar qubits lógicos, destilação de estados T e síntese das portas de rotação. |
| Unidades de destilação | Por exemplo, especifique o número de estados T necessários para o processo de destilação, o número de estados T produzidos como saída do processo de destilação ou a probabilidade de falha do processo de destilação. |
| Restrições | Por exemplo, especifique o número máximo de qubits físicos, o tempo de execução máximo ou o número máximo de cópias de fábrica T. |
Observação
Com o Resource Estimator, você pode modelar qualquer arquitetura quântica. Por exemplo, a startup Alice & Bob's usa o Resource Estimator para avaliar sua arquitetura, que usa qubits de gato e código de correção de erros de repetição. Para obter mais informações, consulte este post no blog do Q#
Flexibilidade
Você pode trazer seu próprio código e ferramentas de compilação para o Estimador de Recursos. O Estimador de Recursos suporta qualquer linguagem que traduza para QIR, por exemplo, Q# e Qiskit. Consulte Diferentes maneiras de executar o Estimador de Recursos.
Estimativas múltiplas de lote
O Estimador de Recursos permite estimar os recursos necessários para executar o mesmo algoritmo quântico para diferentes configurações de target parâmetros e comparar os resultados. Dessa forma, você pode entender como a arquitetura qubit, o esquema QEC e o restante dos target parâmetros afetam os recursos gerais.
Otimização
Você pode reduzir o tempo de execução do Estimador de Recursos incorporando algumas estimativas no custo geral. Por exemplo, se você estiver trabalhando com um programa grande, poderá calcular e armazenar em cache o custo de sub-rotinas ou, se já souber estimativas para uma operação , poderá passá-las para o Estimador de Recursos.
Visualização de recursos
Você pode visualizar as compensações entre o número de qubits físicos e o tempo de execução do algoritmo usando o diagrama de espaço-tempo, que permite encontrar a combinação ideal de pares {número de qubits, tempo de execução}.
Você também pode inspecionar a distribuição de qubits físicos usados para o algoritmo e as fábricas T usando o diagrama de espaço.
Introdução ao Estimador de Recursos
O Estimador de Recursos faz parte do Azure Quantum Development Kit (QDK). Para começar, consulte Executar sua primeira estimativa de recursos.
A tabela a seguir mostra diferentes cenários de usuário e os artigos recomendados para começar com o Estimador de Recursos.
| Cenário do usuário | Você deseja… |
|---|---|
| Estou desenvolvendo códigos QEC | Você pode usar o Estimador de Recursos para personalizar seus códigos QEC e comparar diferentes combinações de parâmetros. Consulte Como personalizar seus esquemas QEC. |
| Estou desenvolvendo algoritmos quânticos | Ao analisar o impacto de diferentes configurações de perfis de hardware e software nos requisitos de recursos, você pode obter insights sobre como seu algoritmo quântico pode funcionar sob diferentes condições de hardware e erro. Essas informações podem ajudá-lo a otimizar seu algoritmo para hardware quântico específico ou taxas de erro. Consulte Executando várias configurações de target parâmetros. |
| Quero melhorar o desempenho de programas quânticos | Para saber como aproveitar o poder do Estimador de Recursos, consulte Executando programas grandes e Usando estimativas conhecidas. |
| Estou interessado em computação quântica em larga escala | Você pode usar o Estimador de Recursos para analisar os recursos de problemas do mundo real que se espera que sejam resolvidos por computadores quânticos tolerantes a falhas em grande escala. Veja como em Estimativa de recursos para computação quântica em larga escala. |
| Estou desenvolvendo criptografia quantum-safe | Você pode usar o Estimador de Recursos para comparar o desempenho de diferentes algoritmos de criptografia, principais pontos fortes, tipos de qubit e taxas de erro e sua resiliência a ataques quânticos. Consulte Estimativa de recursos e criptografia. |
Observação
Se você tiver algum problema ao trabalhar com o Estimador de Recursos, confira a página Solução de problemas.
Estimativa de recursos para computação quântica em larga escala
Se você deseja desenvolver algoritmos quânticos para computadores quânticos de grande escala, confira o tutorial Estimar os recursos de um problema de química quântica.
Este tutorial representa um primeiro passo para integrar a estimativa de recursos de soluções quânticas a problemas de estrutura eletrônica. Uma das aplicações mais importantes dos computadores quânticos em escala é a resolução de problemas de química quântica. A simulação de sistemas complexos de mecânica quântica tem o potencial de desbloquear avanços em áreas como captura de carbono, insegurança alimentar e projetar melhores combustíveis e materiais.
Por exemplo, um dos hamiltonianos usados neste tutorial, o nitrogenase_54orbital, descreve a enzima nitrogenase. Se você pudesse simular com precisão como essa enzima funciona em um nível quântico, isso poderia nos ajudar a entender como produzi-la em escala. Você poderia substituir o processo altamente intensivo em energia que é usado para produzir fertilizantes suficientes para alimentar o planeta. Isso tem o potencial de reduzir a pegada de carbono global e também de ajudar a lidar com as preocupações com a insegurança alimentar em uma população crescente.
Por que a avaliação de recursos é importante no desenvolvimento da computação quântica?
Embora os computadores quânticos prometam resolver problemas científicos e comerciais importantes, alcançar a viabilidade comercial exigirá computadores quânticos em grande escala e tolerantes a falhas que tenham um grande número de qubits em superposição e taxas de erro físico abaixo de um certo limiar. A viabilidade comercial e científica também exigirá esquemas QEC para alcançar a tolerância a falhas. A QEC tem uso intensivo de tempo e espaço, e exige maior tempo de execução para algoritmos ou operações de nível lógico, bem como qubits físicos adicionais para armazenar e calcular informações.
Usando o Estimador de Recursos, você pode entender o impacto das escolhas de projeto arquitetônico e dos esquemas de correção de erros quânticos. O Estimador de Recursos ajudará você a entender quantos qubits são necessários para executar um aplicativo, quanto tempo levará para ser executado e quais tecnologias de qubit são mais adequadas para resolver um problema específico. Entender esses requisitos permitirá que você prepare e refine soluções quânticas para serem executadas em futuras máquinas quânticas em escala.