Poznaj chemię kwantową z QDK Learning

Kurs Ground-State Molecular Energies with QPE w QDK Learning pokazuje, jak klasyczna chemia obliczeniowa i algorytmy kwantowe współdziałają, aby oszacować energię elektronową stanu podstawowego cząsteczki. Rozszerzenie Microsoft Quantum Development Kit () dla Visual Studio Code (QDKVS Code) zawiera QDK Learning.

W tym kursie skorzystasz z biblioteki QDK do obliczeń chemicznych (QDK/Chemistry) oraz z algorytmu estymacji fazy kwantowej (QPE), aby oszacować energię rozciągniętej cząsteczki azotu. Kurs wykorzystuje Python notatniki do tworzenia i uruchamiania obwodów Q# na lokalnym symulatorze QDK.

Kurs jest odpowiedni dla osób posiadających wstępną wiedzę na temat obliczeń kwantowych i chemii kwantowej.

Czego się uczysz

Kurs zawiera siedem jednostek, które przeprowadzą Cię przez przepływ pracy.

Jednostka Czego się uczysz
Omówienie samouczka Zapoznaj się z przepływem pracy kursu, wymaganym środowiskiem i doświadczeniem w chemii kwantowej.
Energia i dokładność Zdefiniuj energię docelową oraz porównania pod względem dokładności stosowane w kursie.
Opisywanie cząsteczki Określ rozciągniętą cząsteczkę azotu i skonstruuj Hartree-Fock punkt początkowy.
Wybieranie miejsca aktywnego Wybierz elektrony i orbitalne molekularne dla skorelowanego modelu.
Mapowanie problemu na kubity Odwzoruj Hamiltonian przestrzeni aktywnej na kubity.
Przygotowywanie stanu wersji próbnej Przygotuj przybliżenie stanu ziemi docelowej.
Iteracyjne szacowanie fazy kwantowej Oszacuj energię za pomocą iteracyjnego QPE i porównaj wynik z klasycznym wynikiem referencyjnym.

Kurs używa kompaktowego modelu molekularnego, który ma również klasyczne rozwiązanie. Takie podejście umożliwia porównanie danych wyjściowych poszczególnych kroków kwantowych z odpowiednim wynikiem klasycznym.

Wymagania wstępne

Do pracy z kursem chemii kwantowej potrzebne są następujące elementy:

Aby korzystać z funkcji uczenia wspomaganego przez sztuczną inteligencję, zaloguj się do GitHub Copilot witryny VS Code.

Nie potrzebujesz subskrypcji Azure ani obszaru roboczego Azure Quantum. Kurs działa lokalnie na QDK symulatorach kwantowych.

Utwórz środowisko Python

Rozszerzenie QDK zawiera polecenie służące do tworzenia środowiska wirtualnego Python i instalowania pakietów wymaganych do uruchamiania notesów kwantowych w tym kursie. Zainstaluj rozszerzenie Environments Python w VS Code, aby użyć tego polecenia.

Aby utworzyć środowisko, wykonaj następujące kroki:

  1. W VS Code otwórz folder, w którym chcesz ukończyć kurs.
  2. Wybierz pozycję Wyświetl>paletę poleceń.
  3. Wprowadź i wybierz pozycję QDK: Utwórz Microsoft środowisko wirtualne QuantumPython.
  4. Zachowaj domyślne opcje pakietów i wybierz pozycję qdk-chemistry.
  5. Potwierdź wybór pakietu.

Polecenie tworzy środowisko wirtualne o nazwie .venv w bieżącym obszarze roboczym. Jeśli obszar roboczy ma już środowisko wirtualne, polecenie oferuje jego aktualizację.

Note

Kurs wymaga qdk-chemistry>=2.2.0. Polecenie instaluje odpowiednią wersję w nowym środowisku wirtualnym.

Zrzut ekranu listy pakietów QDK w Visual Studio Code z zaznaczoną opcją qdk-chemistry.

Rozpoczynanie kursu chemii kwantowej

Aby rozpocząć kurs, wykonaj następujące kroki:

  1. Na pasku działań wybierz ikonę Microsoft Quantum (Kwant).
  2. Jeśli obszar roboczy nie jest skonfigurowany dla QDK Learning, wybierz pozycję Rozpocznij naukę.
  3. W widoku Nauka znajdź Ground-State Molecular Energies with QPE i wybierz ikonę Przełącz kurs .
  4. Rozwiń kurs, aby zobaczyć jego moduły.
  5. Wybierz pozycję Omówienie samouczka.

QDK Learning Tworzy edytowalny Jupyter notes i otwiera go w edytorze notesów Jupyter . QDK próbuje ustawić jądro notatnika na środowisko wirtualne Python dla tego kursu.

Ukończ jednostkę notesu

Każdy moduł korzysta z osobnego Jupyter notatnika. Aby ukończyć jednostkę, wykonaj następujące kroki:

  1. Uruchom sprawdzanie środowiska w pobliżu początku notesu. Jeśli podczas sprawdzania zostaną zgłoszone brakujące pakiety, zobacz Rozwiązywanie problemów ze Python środowiskiem.
  2. Odczytaj notes i uruchom komórki kodu w kolejności.
  3. Wykonaj każde ćwiczenie w wskazanej komórce kodu i uruchom komórkę, aby sprawdzić rozwiązanie.
  4. Na końcu notesu wybierz link do następnej lekcji lub wybierz inną jednostkę w widoku Nauka .

Kod ćwiczenia zawiera automatyczną walidację. Jeśli rozwiązanie jest poprawne, komórka zostanie uruchomiona pomyślnie i QDK Learning oznaczy ćwiczenie jako ukończone. Jeśli rozwiązanie jest nieprawidłowe, dane wyjściowe komórki wyjaśniają, że rozwiązanie nie działa.

QDK Learning śledzi komórki kodu, które zostały pomyślnie uruchomione, w tym komórki, które nie są ćwiczeniami. Wskaźniki postępu kursu i modułu aktualizują się w trakcie pracy.

Note

Końcowa symulacja obwodu w iteracyjnej jednostce szacowania fazy kwantowej trwa dłużej niż inne wymagane przykłady.

Uzyskaj pomoc od Copilot

Notatniki chemii kwantowej zawierają akcje, które wysyłają bieżącą komórkę i kontekst kursu do agenta QDK Learning.

  • W komórce ćwiczenia wybierz pozycję Zapytaj o wskazówkę na pasku stanu komórki.

    Zrzut ekranu Jupyter notatnika w VS Code, na którym widać przycisk Wskazówka w komórce ćwiczenia z kursu energii cząsteczkowej w stanie podstawowym QDK Learning.

  • Aby dowiedzieć się więcej o pojęciu notesu, wybierz pozycję Objaśnij na pasku narzędzi komórki.

    Zrzut ekranu Jupyter notesu w VS Code, który pokazuje przycisk „Explain” w komórce ćwiczeniowej z kursu QDK Learning energii cząsteczkowej w stanie podstawowym.

  • Wpisz własne pytanie na czacie Copilot, gdy agent QDK Learning jest aktywny.

Wypróbuj te przykładowe podpowiedzi:

Dlaczego wybór obszaru aktywnego wpływa na liczbę kubitów?

Daj mi wskazówkę dotyczącą tego ćwiczenia bez wyświetlania kompletnego rozwiązania.

Wyjaśnienie, w jaki sposób stan próbny wpływa na szacowanie fazy kwantowej.

Resetuj jednostkę notatnika

QDK Learning Udostępnia edytowalną kopię roboczą każdego notesu. Oryginalny notes kursu pozostaje dostępny, aby można było zresetować swoją pracę.

Aby zresetować jednostkę, wykonaj następujące kroki:

  1. W widoku Nauka otwórz menu podręczne modułu, który chcesz zresetować.
  2. Wybierz pozycję Resetuj jednostkę.
  3. W komunikacie potwierdzającym wybierz pozycję Resetuj.

Zamiast tego możesz wybrać pozycję Resetuj jednostkę na pasku narzędzi notesu.

Zresetowanie modułu zastępuje notatnik roboczy nową kopią, resetuje status ukończenia modułu i usuwa wszystkie zmiany w notatniku.

Rozwiązywanie problemów ze Python środowiskiem

Skorzystaj z poniższej tabeli, aby rozwiązać problemy ze Python środowiskiem.

Problem Rozwiązanie
Sprawdzanie środowiska nie może zaimportować qdk_chemistry. Uruchom ponownie QDK: utwórz Microsoft środowisko wirtualne Quantum Python. Wybierz pozycję Aktualizuj istniejące środowisko i wybierz pozycję qdk-chemistry.
Notatnik używa niewłaściwego jądra Python. Na pasku narzędzi notesu wybierz nazwę jądra, a następnie wybierz interpreter Python ze środowiska obszaru roboczego .venv.
VS Code Nie można otworzyć ani uruchomić notesu. Zainstaluj i włącz rozszerzenia Python i Jupyter.
Zainstalowana QDK/Chemistry wersja jest zbyt stara. Zaktualizuj środowisko obszaru roboczego i upewnij się, że zawiera qdk-chemistry wersję 2.2.0 lub nowszą.

Aby uzyskać więcej informacji na temat wymagań dotyczących QDK/Chemistry, zobacz Instalowanie QDK do zastosowań chemicznych.

Zapisywanie i wznawianie postępu

QDK Learning przechowuje edytowalne notatniki w folderze qdk-learning/courses i zapisuje postępy w pliku qdk-learning.json w katalogu głównym przestrzeni roboczej.

Aby wznowić kurs, wykonaj następujące kroki:

  1. Otwórz ten sam folder roboczy.
  2. Wybierz ikonę Microsoft Quantum (Kwant).
  3. Wybierz jednostkę, w której chcesz kontynuować.

Treści powiązane

  • Ostatnia aktualizacja o