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 sobre os seus programas quânticos antes de os executar em hardware quântico real. As APIs de simulação de dispositivos de átomos neutros modelam os tipos de processamento de ruído e qubits que ocorrem quando programas correm em computadores quânticos de átomos neutros, como perda e movimento de qubits. Se planeias correr os teus programas quânticos em hardware de átomos neutros, então usa as APIs de simulação de dispositivos de átomos neutros para testar e refinar o teu código.

Como funcionam os computadores quânticos de átomos neutros

Os dispositivos de átomos neutros são uma das muitas tecnologias atuais de hardware de computadores quânticos. Outras tecnologias incluem qubits supercondutores, qubits de iões aprisionados e qubits topológicos. Cada tecnologia tem as suas próprias qualidades e desvantagens. Os computadores quânticos de átomos neutros oferecem boa escalabilidade, conectividade flexível entre qubits e longos tempos de coerência, mas enfrentam desafios ao nível da fidelidade das portas lógicas e da complexidade do controlo por laser.

A tecnologia exata de qubits num dispositivo de átomo neutro depende da arquitetura específica. Mas, em geral, cada qubit é um único átomo eletricamente neutro. Os estados do qubit 0 e 1 correspondem a diferentes estados de energia dos átomos. Os átomos estão organizados em matrizes 2D ou 3D no dispositivo. Os lasers aprisionam os átomos no local e movem-nos 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 dispositivos de átomos neutros 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 movem-se fisicamente entre zonas de armazenamento, interação e medição no dispositivo.

O QDKPython pacote tem duas APIs para simulação de dispositivos átomos neutros, dependendo do formato do seu programa:

Ambas as APIs compilam o seu programa para QIR, que inclui instruções para movimentação de qubits e contém apenas as portas lógicas suportadas pelos dispositivos de átomos neutros.

Para mais informações sobre simulação quântica no QDK, veja Visão Geral dos simuladores quânticos no QDK.

Visualizador de dispositivo de átomos neutros

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

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

Modelos de ruído para simulações de dispositivos de átomos neutros

Os simuladores quânticos do QDKPython pacote usam a NoiseConfig classe do qdk.simulation módulo para adicionar modelos de ruído às simulações. Quando efetua simulações com as APIs NeutralAtomDevice ou NeutralAtomBackend, os seus modelos de ruído incluem apenas o ruído das portas lógicas do dispositivo de átomos neutros, da movimentação de qubits e da medição.

Para mais informações sobre modelos de ruído de dispositivos de átomos neutros no QDK, veja Como construir modelos de ruído para simulações de dispositivos de átomos neutros no QDK.

Comece com a simulação de dispositivos de átomos neutros

Para começar com a simulação quântica no QDK, veja Como instalar e executar os QDK simuladores quânticos.

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