Simular programas quânticos em hardware de dispositivos de átomos neutros

O Microsoft Quantum Development Kit (QDK) fornece um conjunto de ferramentas de simulação que permitem avaliar e iterar em seus programas quânticos antes de executá-los em hardware quântico real. As APIs de simulação de dispositivos de átomos neutros modelam os tipos de ruído e de processamento de qubits que ocorrem quando os programas são executados em computadores quânticos de átomos neutros, como perda de qubits e movimentação de qubits. Se você planeja executar seus programas quânticos em hardware de átomos neutros, use as APIs de simulação de dispositivo de átomos neutros para testar e refinar seu código.

Como funcionam os computadores quânticos de átomos neutros

Dispositivos atom neutros são uma das muitas tecnologias atuais de hardware de computador quântico. Outras tecnologias incluem qubits supercondutores, qubits trapped-ion e qubits topológicos. Cada tecnologia tem seus próprios pontos fortes e desvantagens. Computadores quânticos de átomos neutros oferecem boa escalabilidade, conectividade flexível entre qubits e longos tempos de coerência, mas enfrentam desafios com a fidelidade das portas lógicas e a complexidade do controle dos lasers.

A tecnologia qubit exata em um dispositivo atom neutro depende da arquitetura específica. Mas, em geral, cada qubit é um único átomo eletricamente neutro. Os estados qubit 0 e 1 correspondem a estados de energia diferentes dos átomos. Os átomos são organizados em matrizes 2D ou 3D no dispositivo. Os lasers aprisionam os átomos no lugar e os movem entre diferentes zonas do dispositivo para armazenamento, medição e interações que realizam portas quânticas.

Ferramentas de simulação de dispositivos de átomos neutros no QDK

A simulação de dispositivo de átomo neutro no QDK modela as seguintes propriedades do hardware quântico de átomos neutros:

• Os dispositivos contêm apenas portas $S_X$, $R_Z$e $CZ$.
• Os qubits se movem fisicamente entre zonas de armazenamento, interação e medida no dispositivo.

O QDKPython pacote tem duas APIs para simulação de dispositivo atom neutro, dependendo do formato do seu programa:

Ambas as APIs compilam o seu programa em QIR, que contém instruções de movimentação de qubits e inclui apenas as portas compatíveis com dispositivos de átomos neutros.

Para obter mais informações sobre simulação quântica no QDK, consulte Visão geral dos simuladores quânticos no QDK.

Visualizador de dispositivo de átomos neutros

O NeutralAtomDeviceAPI inclui um visualizador de dispositivos de átomos neutros para Jupyter Notebook por meio do método show_trace. O visualizador cria um diagrama interativo que mostra como os qubits se movem por meio de um dispositivo atom neutro básico à medida que o programa é executado. O visualizador não inclui os efeitos da perda de qubit ou outro ruído.

Para obter mais informações sobre o visualizador de dispositivos de átomos neutros, consulte Como usar o visualizador de dispositivos de átomos neutros.

Modelos de ruído para simulações de dispositivos de átomos neutros

Os simuladores quânticos no QDKPython pacote usam a NoiseConfig classe do qdk.simulation módulo para adicionar modelos de ruído a simulações. Quando você executa simulações com as APIs NeutralAtomDevice ou NeutralAtomBackend, seus modelos de ruído incluem apenas ruído das portas do dispositivo de átomos neutros, da movimentação de qubits e da medição.

Para obter mais informações sobre modelos de ruído de dispositivos de átomos neutros no QDK, consulte Como criar modelos de ruído para simulações de dispositivos de átomos neutros no QDK.

Introduza-se à simulação de dispositivo de átomo neutro

Para começar a usar a QDKsimulação quântica, confira Como instalar e executar os QDK simuladores quânticos.

Para aprender a usar o visualizador de dispositivos de átomos neutros, consulte Como usar o visualizador de dispositivos de átomos neutros.