Symulowanie programów kwantowych na neutralnym sprzęcie urządzenia atomowego

Microsoft Quantum Development Kit (QDK) udostępnia zestaw narzędzi symulacji, które umożliwiają ocenę i iterowanie programów kwantowych przed uruchomieniem ich na rzeczywistym sprzęcie kwantowym. Interfejsy API do symulacji urządzeń z atomami neutralnymi modelują rodzaje szumu i operacji na kubitach, które występują podczas wykonywania programów na komputerach kwantowych z atomami neutralnymi, takie jak utrata kubitów i przemieszczanie kubitów. Jeśli planujesz uruchamiać programy kwantowe na neutralnym sprzęcie atomowym, użyj neutralnych interfejsów API symulacji urządzenia atomowego do testowania i uściślinia kodu.

Jak działają neutralne komputery kwantowe atomów

Neutralne urządzenia atomowe są jedną z wielu obecnych technologii sprzętowych komputerów kwantowych. Inne technologie obejmują nadprzewodzące kubity, kubity z uwięzionymi jonami i kubity topologiczne. Każda technologia ma swoje mocne strony i wady. Komputery kwantowe wykorzystujące atomy neutralne oferują dobrą skalowalność, elastyczne połączenia między kubitami i długie czasy koherencji, ale wiążą się z wyzwaniami dotyczącymi wierności bramek oraz złożoności sterowania laserami.

Dokładna technologia kubitu w neutralnym urządzeniu atomowym zależy od konkretnej architektury. Ale ogólnie rzecz biorąc, każdy kubit jest jednym atomem neutralnym elektrycznie. Stany 0 i 1 kubitu odpowiadają różnym poziomom energetycznym atomów. Atomy są rozmieszczone w tablicach 2D lub 3D na urządzeniu. Lasery utrzymują atomy na miejscu i przenoszą je między różnymi strefami urządzenia w celu ich przechowywania, pomiaru oraz przeprowadzania interakcji, które realizują bramki kwantowe.

Neutralne narzędzia do symulacji urządzenia atomowego w programie QDK

Symulacja urządzenia z atomami neutralnymi w modelach QDK obejmuje następujące właściwości kwantowego sprzętu opartego na atomach neutralnych:

• Urządzenia zawierają tylko bramy $S_X$, $R_Z$i $CZ$.
• Kubity fizycznie przemieszczają się między strefami magazynowania, interakcji i pomiarów na urządzeniu.

Pakiet QDKPython ma dwa interfejsy API dla neutralnej symulacji urządzenia atomowego w zależności od formatu programu:

Oba interfejsy API kompilują program do postaci QIR, która zawiera instrukcje przemieszczania kubitów i obejmuje wyłącznie bramki obsługiwane przez urządzenia wykorzystujące atomy neutralne.

Aby uzyskać więcej informacji na temat symulacji kwantowej w programie QDK, zobacz Omówienie symulatorów kwantowych w programie QDK.

Wizualizator urządzenia neutralnego atomu

NeutralAtomDevice API zawiera wizualizator urządzeń z atomami neutralnymi dla Jupyter Notebook za pomocą metody show_trace. Wizualizator tworzy interaktywny diagram pokazujący, jak kubity przechodzą przez podstawowe neutralne urządzenie atomowe podczas uruchamiania programu. Wizualizacja nie uwzględnia skutków utraty kubitu ani innych zakłóceń.

Aby uzyskać więcej informacji na temat wizualizatora urządzenia z atomami neutralnymi, zobacz Jak używać wizualizatora urządzenia z atomami neutralnymi.

Modele szumów dla symulacji neutralnych urządzeń atomowych

Symulatory kwantowe w QDKPython pakiecie używają NoiseConfig klasy z modułu qdk.simulation , aby dodać modele szumu do symulacji. Podczas przeprowadzania symulacji za pomocą interfejsów API NeutralAtomDevice lub NeutralAtomBackend modele szumów obejmują wyłącznie szumy pochodzące z bramek urządzenia z atomami neutralnymi, przemieszczania kubitów i pomiaru.

Aby uzyskać więcej informacji na temat modeli szumu urządzeń opartych na atomach neutralnych w usłudze QDK, zobacz Jak tworzyć modele szumu na potrzeby symulacji urządzeń opartych na atomach neutralnych w usłudze QDK.

Zacznij symulację urządzeń z neutralnymi atomami

Aby rozpocząć pracę z symulacją kwantową w programie QDK, zobacz Jak zainstalować i uruchomić QDK symulatory kwantowe.

Aby dowiedzieć się, jak używać neutralnego wizualizatora urządzenia atomów, zobacz Jak używać neutralnego wizualizatora urządzenia atomów.