Comparez les simulateurs Amazon Braket - Amazon Braket

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Comparez les simulateurs Amazon Braket

Cette section vous aide à sélectionner le simulateur Amazon Braket le mieux adapté à votre tâche quantique, en décrivant certains concepts, limitations et cas d'utilisation.

Choisir entre des simulateurs locaux et des simulateurs à la demande (SV1, TN1, DM1)

Les performances des simulateurs locaux dépendent du matériel qui héberge l'environnement local, tel qu'une instance de bloc-notes Braket, utilisée pour exécuter votre simulateur. Les simulateurs à la demande s'exécutent dans le AWS cloud et sont conçus pour évoluer au-delà des environnements locaux classiques. Les simulateurs à la demande sont optimisés pour les circuits de plus grande taille, mais ajoutent un certain temps de latence par tâche quantique ou par lot de tâches quantiques. Cela peut impliquer un compromis si de nombreuses tâches quantiques sont impliquées. Compte tenu de ces caractéristiques de performance générales, les conseils suivants peuvent vous aider à choisir le mode d'exécution des simulations, y compris celles impliquant du bruit.

Pour les simulations :

  • Lorsque vous employez moins de 18 qubits, utilisez un simulateur local.

  • Lorsque vous employez 18 à 24 ans qubits, choisissez un simulateur en fonction de la charge de travail.

  • Lorsque vous employez plus de 24 qubits, utilisez un simulateur à la demande.

Pour les simulations de bruit :

  • Lorsque vous employez moins de 9 qubits, utilisez un simulateur local.

  • Lorsque vous employez 9 à 12 qubits, choisissez un simulateur en fonction de la charge de travail.

  • Lorsque vous employez plus de 12 qubits, utiliser DM1.

Qu'est-ce qu'un simulateur de vecteurs d'état ?

SV1 est un simulateur de vecteur d'état universel. Il mémorise la fonction pleine onde de l'état quantique et applique séquentiellement des opérations de porte à l'état. Il stocke toutes les possibilités, même les plus improbables. Le SV1 le temps de fonctionnement d'un simulateur pour une tâche quantique augmente de façon linéaire avec le nombre de portes du circuit.

Qu'est-ce qu'un simulateur de matrice de densité ?

DM1 simule des circuits quantiques avec du bruit. Il stocke la matrice de densité complète du système et applique séquentiellement les portes et les opérations de bruit du circuit. La matrice de densité finale contient des informations complètes sur l'état quantique après le fonctionnement du circuit. Le temps d'exécution évolue généralement de manière linéaire avec le nombre d'opérations et de manière exponentielle avec le nombre de qubits.

Qu'est-ce qu'un simulateur de réseau tensoriel ?

TN1 code des circuits quantiques dans un graphe structuré.

  • Les nœuds du graphe sont constitués de portes quantiques, ou qubits.

  • Les arêtes du graphique représentent les connexions entre les portes.

Du fait de cette structure, TN1 peut trouver des solutions simulées pour des circuits quantiques relativement grands et complexes.

TN1 nécessite deux phases

Généralement, TN1 fonctionne selon une approche en deux phases pour simuler le calcul quantique.

  • La phase de répétition : Dans cette phase, TN1 propose un moyen de parcourir le graphique de manière efficace, ce qui implique de visiter chaque nœud afin que vous puissiez obtenir la mesure que vous souhaitez. En tant que client, vous ne voyez pas cette phase car TN1 exécute les deux phases ensemble pour vous. Il termine la première phase et détermine s'il convient d'exécuter la deuxième phase seule en fonction de contraintes pratiques. Vous n'avez aucune influence sur cette décision une fois que la simulation a commencé.

  • La phase de contraction : Cette phase est analogue à la phase d'exécution d'un calcul dans un ordinateur classique. La phase consiste en une série de multiplications matricielles. L'ordre de ces multiplications a une grande influence sur la difficulté du calcul. Par conséquent, la phase de répétition est d'abord effectuée afin de trouver les chemins de calcul les plus efficaces sur le graphique. Une fois qu'il a trouvé le chemin de contraction pendant la phase de répétition, TN1 contracte les portes de votre circuit pour produire les résultats de la simulation.

TN1 les graphes sont analogues à une carte

Métaphoriquement, vous pouvez comparer le sous-jacent TN1 graphique représentant les rues d'une ville. Dans une ville dotée d'une grille planifiée, il est facile de trouver un itinéraire vers votre destination à l'aide d'une carte. Dans une ville avec des rues non planifiées, des noms de rue dupliqués, etc., il peut être difficile de trouver un itinéraire vers votre destination en consultant une carte.

If TN1 n'a pas effectué la phase de répétition, ce serait comme se promener dans les rues de la ville pour trouver votre destination, au lieu de regarder d'abord une carte. Il peut être très rentable en termes de temps de marche de passer plus de temps à regarder la carte. De même, la phase de répétition fournit des informations précieuses.

On pourrait dire que le TN1 a une certaine « conscience » de la structure du circuit sous-jacent qu'il traverse. Il acquiert cette prise de conscience au cours de la phase de répétition.

Types de problèmes les mieux adaptés à chacun de ces types de simulateurs

SV1 convient à toute catégorie de problèmes qui reposent principalement sur un certain nombre de qubits et portails. Généralement, le temps requis augmente linéairement avec le nombre de portes, alors qu'il ne dépend pas du nombre de shots. SV1 est généralement plus rapide que TN1 pour les circuits de moins de 28 ans qubits.

SV1 peut être plus lent ou plus élevé qubit des nombres car il simule en fait toutes les possibilités, même les plus improbables. Il n'a aucun moyen de déterminer quels résultats sont probables. Ainsi, pour un 30-qubit évaluation, SV1 doit calculer 2^30 configurations. La limite de 34 qubits pour le Amazon Support SV1 le simulateur est une contrainte pratique en raison des limites de mémoire et de stockage. Vous pouvez y penser comme ceci : Chaque fois que vous ajoutez un qubit to SV1, le problème devient deux fois plus difficile.

Pour de nombreuses catégories de problèmes, TN1 peut évaluer des circuits beaucoup plus grands en temps réel que SV1 parce que TN1 tire parti de la structure du graphe. Il suit essentiellement l'évolution des solutions depuis leur point de départ et ne retient que les configurations qui contribuent à une traversée efficace. Autrement dit, il enregistre les configurations pour créer un ordre de multiplication matricielle qui simplifie le processus d'évaluation.

Dans TN1, le nombre de qubits et les portes sont importantes, mais la structure du graphe est beaucoup plus importante. Par exemple, TN1 est très bon pour évaluer les circuits (graphes) dans lesquels les portes sont à courte portée (c'est-à-dire chaque qubit est relié par des portes uniquement à son voisin le plus proche qubits), et des circuits (graphes) dans lesquels les connexions (ou portes) ont une portée similaire. Une gamme typique pour TN1 c'est avoir chacun qubit ne parlez qu'à d'autres qubits qui sont 5 qubits loin. Si la majeure partie de la structure peut être décomposée en relations plus simples telles que celles-ci, qui peuvent être représentées dans des matrices plus nombreuses, plus petites ou plus uniformes, TN1 effectue facilement l'évaluation.

Limites de TN1

TN1 peut être plus lent que SV1 en fonction de la complexité structurelle du graphe. Pour certains graphiques, TN1 met fin à la simulation après la phase de répétition et affiche un statut deFAILED, pour l'une des deux raisons suivantes :

  • Impossible de trouver un chemin — Si le graphe est trop complexe, il est trop difficile de trouver un bon chemin de traversée et le simulateur abandonne le calcul. TN1 Impossible d'effectuer la contraction. Un message d'erreur similaire à celui-ci peut s'afficher : No viable contraction path found.

  • La phase de contraction est trop difficile — Dans certains graphiques, TN1 peut trouver un chemin de traversée, mais son évaluation est très longue et prend énormément de temps. Dans ce cas, la contraction est si coûteuse qu'elle serait prohibitive et, au contraire, TN1 sort après la phase de répétition. Un message d'erreur similaire à celui-ci peut s'afficher : Predicted runtime based on best contraction path found exceeds TN1 limit.

Note

Vous êtes facturé pour la phase de répétition de TN1 même si la contraction n'est pas effectuée et que vous voyez un FAILED état.

Le temps d'exécution prévu dépend également du shot compter. Dans le pire des cas, TN1 le temps de contraction dépend linéairement du shot compter. Le circuit peut être contractuel avec moins shots. Par exemple, vous pouvez soumettre une tâche quantique avec 100 shots, qui TN1 décide qu'il n'est pas contractuel, mais si vous le soumettez à nouveau avec seulement 10 points, la contraction se poursuit. Dans ce cas, pour obtenir 100 échantillons, vous pouvez soumettre 10 tâches quantiques de 10 shots pour le même circuit et combinez les résultats à la fin.

À titre de bonne pratique, nous vous recommandons de toujours tester votre circuit ou votre classe de circuit avec quelques shots (par exemple, 10) pour déterminer la difficulté de votre circuit TN1, avant de passer à un nombre plus élevé de shots.

Note

La série de multiplications qui forme la phase de contraction commence par de petites matrices NxN. Par exemple, un 2-qubit La porte nécessite une matrice 4x4. Les matrices intermédiaires nécessaires lors d'une contraction jugée trop difficile sont gigantesques. Un tel calcul nécessiterait des jours. C'est pourquoi Amazon Braket ne tente pas de contractions extrêmement complexes.

Simultanéité

Tous les simulateurs Braket vous permettent d'exécuter plusieurs circuits simultanément. Les limites de simultanéité varient en fonction du simulateur et de la région. Pour plus d'informations sur les limites de simultanéité, consultez la page Quotas.