Cuántico de Microsoft Azure Resource Estimator permite a los innovadores cuánticos desarrollar y refinar algoritmos para ejecutarlos en las computadoras cuánticas escaladas del futuro. Esta nueva herramienta es una de las formas en que Microsoft empodera a los innovadores para que tengan un impacto revolucionario con la tecnología cuántica a escala.
Las computadoras cuánticas disponibles en la actualidad permiten una experimentación e investigación interesantes, pero no pueden acelerar los cálculos necesarios para resolver problemas del mundo real. Mientras la industria espera avances en hardware, los innovadores de software cuántico están ansiosos por progresar y prepararse para un futuro cuántico. Crear algoritmos hoy que eventualmente se ejecutarán en las computadoras cuánticas escaladas tolerantes a fallas del mañana es una tarea abrumadora. Estos innovadores se enfrentan a preguntas como; ¿Qué recursos de hardware se requieren? ¿Cuántos qubits físicos y lógicos se necesitan y de qué tipo? ¿Cuál es el tiempo de ejecución? Azure Quantum Resource Estimator se diseñó específicamente para responder a estas preguntas. Comprender estos datos ayudará a los innovadores a crear, probar y refinar sus algoritmos y, en última instancia, conducirá a soluciones prácticas que aprovechen las computadoras cuánticas escaladas cuando estén disponibles.
Azure Quantum Resource Estimator comenzó como una herramienta interna y ha sido clave para dar forma al diseño de la máquina cuántica de Microsoft. Los conocimientos que ha proporcionado han informado nuestro enfoque para diseñar una máquina capaz de la escala requerida para el impacto, incluida la arquitectura de la máquina y nuestra decisión de usar qubits topológicos. Estamos progresando en nuestra máquina y recientemente tuvimos uno que se detalló en una preimpresión del . El jueves, daremos otro paso adelante en transparencia al publicar públicamente los datos sin procesar y el análisis en cuadernos interactivos de Jupyter en Azure Quantum. Estos cuadernos proporcionan los pasos exactos necesarios para reproducir todos los datos en nuestro papel. Si bien persisten los desafíos de ingeniería, el descubrimiento de la física demostrado en estos datos demuestra ser un elemento fundamental para nuestro enfoque de una computadora cuántica escalada y pone a Microsoft en el camino para entregar una máquina cuántica en Azure que ayudará a resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo.
A medida que avanzamos en nuestro hardware, también nos enfocamos en capacitar a los innovadores de software para que avancen en sus algoritmos. Azure Quantum Resource Estimator resuelve uno de los problemas más desafiantes para los investigadores que desarrollan algoritmos cuánticos. Desglosa los recursos necesarios para un algoritmo cuántico, incluida la cantidad total de qubits físicos, los recursos computacionales necesarios, incluido el tiempo del reloj de pared, y los detalles de las fórmulas y los valores utilizados para cada estimación. Esto significa que el desarrollo de algoritmos se convierte en el centro de atención, con el objetivo de optimizar el rendimiento y reducir los costos. Por primera vez, es posible comparar estimaciones de recursos para algoritmos cuánticos a escala en diferentes perfiles de hardware. Comience con configuraciones de parámetros de qubit predefinidos y bien conocidos y esquemas de corrección de errores cuánticos (QEC) o configure configuraciones únicas en una amplia gama de características de la máquina, como tasas de error de operación, velocidades de operación y esquemas y umbrales de corrección de errores.
“La estimación de recursos es una tarea cada vez más importante para el desarrollo de la tecnología de computación cuántica. Estamos contentos de poder usar Microsoft’s nuevo herramienta para nuestra investigación sobre este tema. Es fácil de usar. El proceso de integración fue simple y los resultados brindan una descripción general de alto nivel útil para las personas nuevas en la corrección de errores, así como un desglose detallado para los expertos. La estimación de recursos debe ser parte de la tubería para cualquier persona que trabaje en algoritmos cuánticos tolerantes a fallas. La nueva herramienta de Microsoft es excelente para esto”.— Michał Stęchły, responsable técnico del equipo de Quantum Software, Informática Zapata.
El Estimador de recursos ayudará a impulsar la transición de los ruidosos sistemas cuánticos de escala intermedia (NISQ) actuales a las computadoras cuánticas tolerantes a fallas del mañana. Los sistemas NISQ de hoy pueden permitir ejecutar con éxito un pequeño número de operaciones en un algoritmo, pero para obtener una ventaja cuántica práctica, será necesario que haya billones y más operaciones ejecutándose con éxito. Esta brecha se cerrará escalando a una máquina cuántica tolerante a fallas con corrección de errores cuánticos incorporada. Esto significa que cada qubit y operación solicitada en el programa de un usuario se codificará en una cierta cantidad de qubits y operaciones físicas a nivel de hardware, y la pila de software realizará esta conversión automáticamente. Ahora, con el Estimador de recursos, puede recorrer estas conversiones, estimar los gastos generales en el tiempo y el espacio necesarios para permitir la implementación de sus algoritmos cuánticos escalados en una variedad de diseños de hardware, y usar la información para mejorar sus algoritmos y aplicaciones mucho antes de la falla escalada. -El hardware tolerante está disponible. En nuestra preimpresión reciente sobre arXiv, mostramos cómo usar el Estimador de recursos para comprender el costo de tres algoritmos cuánticos importantes que prometen una ventaja cuántica práctica.
La estimación de recursos allana el camino para el codiseño de hardware y software, lo que permite a los diseñadores de hardware mejorar sus arquitecturas en función de cómo se pueden ejecutar los algoritmos a gran escala en su implementación específica y, a su vez, permite a los desarrolladores de software y algoritmos iterar para reducir el costo. de algoritmos a escala.
“El Estimador de recursos desglosa los recursos necesarios para ejecutar un algoritmo útil a escala. Poner números precisos en la escala real en la que la computación cuántica proporciona soluciones relevantes para la industria arroja luz sobre el tremendo esfuerzo que aún debe realizarse. Esto fortalece nuestro compromiso con nuestra hoja de ruta, que se centra en ofrecer una computadora cuántica con errores corregidos utilizando un enfoque eficiente del hardware..”—Jérémie Guillaud, Jefe de Teoría en .
Construido sobre la base de la representación intermedia cuántica apoyada por la comunidad (QIR), es tanto extensible como portátil y se puede usar con SDK cuánticos populares y lenguajes como Q# y Qiskit. QIR se creó en alianza con Linux Foundation y otros socios y es un estándar de código abierto que sirve como una interfaz común entre muchos lenguajes y plataformas de computación cuántica de destino.
Introducción a la estimación de recursos
Es fácil comenzar y obtener sus primeros conocimientos con la herramienta. El siguiente ejemplo muestra cómo estimar y analizar los recursos físicos necesarios para ejecutar un programa cuántico en una computadora cuántica tolerante a fallas.
1. Configure su espacio de trabajo de Azure Quantum y comience con la estimación de recursos.
Azure Quantum, el servicio gratuito basado en la nube de Azure, está disponible para todos. Para comenzar, simplemente configure un cuenta azul (consulte las cuentas gratuitas de Azure para estudiantes) y crear un espacio de trabajo de Azure Quantum en el Portal Azul.
Si ya tiene una configuración de espacio de trabajo de Azure Quantum:
a) Abra su espacio de trabajo en el portal azul
b) En el panel izquierdo, en Operaciones, seleccione Proveedores
c) Seleccione + Agregar un proveedor
d) Seleccionar Computación cuántica de Microsoft
e) Seleccione Aprender y desarrollar y seleccione Guardar
2. Comience con una muestra lista para usar.
Para comenzar a ejecutar programas cuánticos sin necesidad de instalación, pruebe nuestro experiencia gratuita de cuadernos alojados en Azure Portal. Nuestros portátiles Jupyter Notebook alojados permiten una variedad de lenguajes y SDK de Quantum. Los encontrará en su espacio de trabajo de Azure Quantum (#1). Si selecciona Cuadernos en el portal, accederá a la galería de muestras, donde encontrará la pestaña Estimación de recursos (#2). Una vez allí, elija una de las dos primeras muestras y luego seleccione el botón «Copiar a mis cuadernos» (#3) para agregar la muestra a su espacio de trabajo (#3).
3. Ejecute su primera estimación de recursos
Una vez copiada la muestra en mis cuadernos puede seleccionarlo en el menú Área de trabajo para cargarlo como un cuaderno alojado en Azure Portal. Desde allí, simplemente seleccione ejecutar todo desde la parte superior de Jupyter Notebook para ejecutar el programa. ¡Podrá ejecutar un trabajo completo de Estimación de recursos sin escribir una sola línea de código!
Los resultados proporcionarán de inmediato estimaciones de los qubits físicos totales y el tiempo de ejecución del algoritmo proporcionado. Para una comprensión más profunda de los recursos consumidos por el algoritmo, puede rastrear la fuente de cada resultado con explicaciones detalladas de las fórmulas. Estos resultados más profundos se pueden reutilizar y compartir en su investigación.
Obtenga más información sobre la estimación de recursos
Hay muchas maneras de aprender más:
- Visita nuestra documentación técnica para obtener más información sobre la estimación de recursos, incluidos los pasos detallados para comenzar.
- Iniciar sesión en el Portal azurvisita tu Azure Quantum espacio de trabajoy pruebe una muestra avanzada sobre temas como la factorización y la química cuántica.
- Profundice en nuestra investigación sobre la estimación de recursos en arXiv.org.
