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Microsoft Quantum Development Kit (QDK) fornisce un set di strumenti di simulazione che è possibile usare per valutare e iterare sui programmi quantistici prima di eseguirli su hardware quantistico reale. Le API di simulazione di dispositivi a atomi neutri modellano i tipi di rumore e di operazioni sui qubit che si verificano quando i programmi vengono eseguiti su computer quantistici a atomi neutri, ad esempio la perdita di qubit e lo spostamento di qubit. Se si prevede di eseguire programmi quantistici su hardware a atomi neutri, usare le API di simulazione di dispositivi a atomi neutri per testare e perfezionare il codice.
Come funzionano i computer quantistici ad atomi neutri
I dispositivi atom neutrali sono una delle numerose tecnologie hardware del computer quantistico correnti. Altre tecnologie includono qubit superconduttori, qubit a ioni intrappolati e qubit topologici. Ogni tecnologia ha i propri punti di forza e svantaggi. I computer quantistici a atomi neutri offrono una buona scalabilità, una connettività flessibile dei qubit e lunghi tempi di coerenza, ma presentano criticità nella fedeltà delle porte logiche e nella complessità del controllo dei laser.
La tecnologia qubit esatta in un dispositivo atom neutro dipende dall'architettura specifica. Tuttavia, in generale, ogni qubit è un singolo atomo elettricamente neutro. Gli stati qubit 0 e 1 corrispondono a diversi stati di energia degli atomi. Gli atomi sono disposti in matrici 2D o 3D nel dispositivo. I laser intrappolano gli atomi sul posto e spostano gli atomi tra zone diverse sul dispositivo per l'archiviazione, per la misurazione e per le interazioni che eseguono cancelli quantistici.
Strumenti di simulazione di dispositivi a atomi neutri nel QDK
La simulazione di dispositivi ad atomi neutri nei QDK modella queste proprietà dell'hardware quantistico ad atomi neutri:
- I dispositivi contengono solo le porte $S_X$, $R_Z$ e $CZ$.
- I qubit si spostano fisicamente tra le zone di archiviazione, interazione e misurazione nel dispositivo.
Il formato del programma determina quale simulazione API di dispositivi ad atomi neutri usare:
| API | QDK Modulo | Formato di input | Simulatori supportati |
|---|---|---|---|
NeutralAtomDevice |
qdk.simulation |
QIR | Stabilizer, GPU e CPU |
NeutralAtomBackend |
qdk.qiskit |
Qiskit | Stabilizer, GPU e CPU |
Entrambe le API compilano il programma in QIR con istruzioni di spostamento dei qubit e contengono solo i cancelli supportati dai dispositivi a atomi neutri.
Sia "stabilizer" che "clifford" selezionano il back-end di stabilizzazione. Quando si seleziona questo back-end per una simulazione di dispositivi a atomi neutri, le rotazioni $R_Z$ compilate devono avere angoli compatibili con Clifford. Usare il simulatore CPU o il simulatore GPU per circuiti a atomi neutri che contengono altri angoli $R_Z$.
Per altre informazioni sulla simulazione quantistica in QDK, vedere Panoramica dei simulatori quantistici in QDK.
Visualizzatore di dispositivi a atomi neutri
Il NeutralAtomDeviceAPI include un visualizzatore per dispositivi ad atomi neutri per Jupyter Notebook tramite il metodo show_trace. Il visualizzatore crea un diagramma interattivo che mostra come i qubit si spostano attraverso un dispositivo atom neutro di base durante l'esecuzione del programma. Il visualizzatore non include gli effetti della perdita di qubit o di altri rumori.
Per altre informazioni sul visualizzatore di dispositivi atom neutrali, vedere Come usare il visualizzatore di dispositivi atom neutro.
Modelli di rumore per simulazioni di dispositivi atom neutrali
I simulatori quantistici nel QDKPython pacchetto usano la NoiseConfig classe del qdk.simulation modulo per aggiungere modelli di disturbo alle simulazioni. Quando si eseguono simulazioni usando le API NeutralAtomDevice o NeutralAtomBackend, i modelli di rumore includono solo il rumore proveniente dalle gate del dispositivo a atomi neutri, dal movimento dei qubit e dalla misurazione.
Per altre informazioni sui modelli di rumore del dispositivo atom neutro in QDK, vedere Come creare modelli di rumore per simulazioni di dispositivi atom neutrali in QDK.
Introduzione alla simulazione di dispositivi a base di atomi neutri
Per iniziare a usare la simulazione quantistica nel QDKPython pacchetto, vedere Eseguire simulazioni quantistiche con il QDKPython pacchetto.
Per informazioni su come usare il visualizzatore di dispositivi atom neutrali, vedere Come usare il visualizzatore di dispositivi atom neutrali.