Terjemahan disediakan oleh mesin penerjemah. Jika konten terjemahan yang diberikan bertentangan dengan versi bahasa Inggris aslinya, utamakan versi bahasa Inggris.
Membangun sirkuit di SDK
Bagian ini memberikan contoh mendefinisikan sirkuit, melihat gerbang yang tersedia, memperluas sirkuit, dan melihat gerbang yang didukung setiap perangkat. Ini juga berisi instruksi tentang cara mengalokasikan secara manual qubits, instruksikan kompiler untuk menjalankan sirkuit Anda persis seperti yang ditentukan, dan membangun sirkuit bising dengan simulator kebisingan.
Anda juga dapat bekerja pada tingkat pulsa di Braket untuk berbagai gerbang dengan tertentuQPUs. Untuk informasi selengkapnya, lihat Kontrol Pulsa di Amazon Braket.
Di bagian ini:
Gerbang dan sirkuit
Gerbang dan sirkuit kuantum didefinisikan di braket.circuitsCircuit()
Contoh: Tentukan sirkuit
Contoh dimulai dengan mendefinisikan rangkaian sampel empat qubits (berlabelq0,,q1, danq3) terdiri dari standarq2, gerbang Hadamard single-qubit dan gerbang dua-qubit. CNOT Anda dapat memvisualisasikan rangkaian ini dengan memanggil print fungsi seperti yang ditunjukkan contoh berikut.
# import the circuit module from braket.circuits import Circuit # define circuit with 4 qubits my_circuit = Circuit().h(range(4)).cnot(control=0, target=2).cnot(control=1, target=3) print(my_circuit)
T : |0| 1 | q0 : -H-C--- | q1 : -H-|-C- | | q2 : -H-X-|- | q3 : -H---X- T : |0| 1 |
Contoh: Tentukan sirkuit berparameter
Dalam contoh ini, kami mendefinisikan sirkuit dengan gerbang yang bergantung pada parameter bebas. Kita dapat menentukan nilai parameter ini untuk membuat sirkuit baru, atau, saat mengirimkan sirkuit, untuk dijalankan sebagai tugas kuantum pada perangkat tertentu.
from braket.circuits import Circuit, FreeParameter #define a FreeParameter to represent the angle of a gate alpha = FreeParameter("alpha") #define a circuit with three qubits my_circuit = Circuit().h(range(3)).cnot(control=0, target=2).rx(0, alpha).rx(1, alpha) print(my_circuit)
Anda dapat membuat sirkuit non-parametris baru dari yang diparametris dengan memasok satu float (yang merupakan nilai yang akan diambil semua parameter bebas) atau argumen kata kunci yang menentukan nilai setiap parameter ke rangkaian sebagai berikut.
my_fixed_circuit = my_circuit(1.2) my_fixed_circuit = my_circuit(alpha=1.2)
Perhatikan bahwa tidak my_circuit dimodifikasi, sehingga Anda dapat menggunakannya untuk membuat instance banyak sirkuit baru dengan nilai parameter tetap.
Contoh: Memodifikasi gerbang di sirkuit
Contoh berikut mendefinisikan sirkuit dengan gerbang yang menggunakan kontrol dan pengubah daya. Anda dapat menggunakan modifikasi ini untuk membuat gerbang baru, seperti Ry gerbang yang dikendalikan.
from braket.circuits import Circuit # Create a bell circuit with a controlled x gate my_circuit = Circuit().h(0).x(control=0, target=1) # Add a multi-controlled Ry gate of angle .13 my_circuit.ry(angle=.13, target=2, control=(0, 1)) # Add a 1/5 root of X gate my_circuit.x(0, power=1/5) print(my_circuit)
Pengubah gerbang hanya didukung pada simulator lokal.
Contoh: Lihat semua gerbang yang tersedia
Contoh berikut menunjukkan bagaimana melihat semua gerbang yang tersedia di Amazon Braket.
from braket.circuits import Gate # print all available gates in Amazon Braket gate_set = [attr for attr in dir(Gate) if attr[0].isupper()] print(gate_set)
Output dari kode ini mencantumkan semua gerbang.
['CCNot', 'CNot', 'CPhaseShift', 'CPhaseShift00', 'CPhaseShift01', 'CPhaseShift10', 'CSwap', 'CV', 'CY', 'CZ', 'ECR', 'GPi', 'GPi2', 'H', 'I', 'ISwap', 'MS', 'PSwap', 'PhaseShift', 'PulseGate', 'Rx', 'Ry', 'Rz', 'S', 'Si', 'Swap', 'T', 'Ti', 'Unitary', 'V', 'Vi', 'X', 'XX', 'XY', 'Y', 'YY', 'Z', 'ZZ']
Setiap gerbang ini dapat ditambahkan ke sirkuit dengan memanggil metode untuk jenis sirkuit. Misalnya, Anda akan meneleponcirc.h(0), untuk menambahkan gerbang Hadamard ke yang pertama qubit.
catatan
Gerbang ditambahkan di tempat, dan contoh yang mengikutinya menambahkan semua gerbang yang tercantum dalam contoh sebelumnya ke sirkuit yang sama.
circ = Circuit() # toffoli gate with q0, q1 the control qubits and q2 the target. circ.ccnot(0, 1, 2) # cnot gate circ.cnot(0, 1) # controlled-phase gate that phases the |11> state, cphaseshift(phi) = diag((1,1,1,exp(1j*phi))), where phi=0.15 in the examples below circ.cphaseshift(0, 1, 0.15) # controlled-phase gate that phases the |00> state, cphaseshift00(phi) = diag([exp(1j*phi),1,1,1]) circ.cphaseshift00(0, 1, 0.15) # controlled-phase gate that phases the |01> state, cphaseshift01(phi) = diag([1,exp(1j*phi),1,1]) circ.cphaseshift01(0, 1, 0.15) # controlled-phase gate that phases the |10> state, cphaseshift10(phi) = diag([1,1,exp(1j*phi),1]) circ.cphaseshift10(0, 1, 0.15) # controlled swap gate circ.cswap(0, 1, 2) # swap gate circ.swap(0,1) # phaseshift(phi)= diag([1,exp(1j*phi)]) circ.phaseshift(0,0.15) # controlled Y gate circ.cy(0, 1) # controlled phase gate circ.cz(0, 1) # Echoed cross-resonance gate applied to q0, q1 circ = Circuit().ecr(0,1) # X rotation with angle 0.15 circ.rx(0, 0.15) # Y rotation with angle 0.15 circ.ry(0, 0.15) # Z rotation with angle 0.15 circ.rz(0, 0.15) # Hadamard gates applied to q0, q1, q2 circ.h(range(3)) # identity gates applied to q0, q1, q2 circ.i([0, 1, 2]) # iswap gate, iswap = [[1,0,0,0],[0,0,1j,0],[0,1j,0,0],[0,0,0,1]] circ.iswap(0, 1) # pswap gate, PSWAP(phi) = [[1,0,0,0],[0,0,exp(1j*phi),0],[0,exp(1j*phi),0,0],[0,0,0,1]] circ.pswap(0, 1, 0.15) # X gate applied to q1, q2 circ.x([1, 2]) # Y gate applied to q1, q2 circ.y([1, 2]) # Z gate applied to q1, q2 circ.z([1, 2]) # S gate applied to q0, q1, q2 circ.s([0, 1, 2]) # conjugate transpose of S gate applied to q0, q1 circ.si([0, 1]) # T gate applied to q0, q1 circ.t([0, 1]) # conjugate transpose of T gate applied to q0, q1 circ.ti([0, 1]) # square root of not gate applied to q0, q1, q2 circ.v([0, 1, 2]) # conjugate transpose of square root of not gate applied to q0, q1, q2 circ.vi([0, 1, 2]) # exp(-iXX theta/2) circ.xx(0, 1, 0.15) # exp(i(XX+YY) theta/4), where theta=0.15 in the examples below circ.xy(0, 1, 0.15) # exp(-iYY theta/2) circ.yy(0, 1, 0.15) # exp(-iZZ theta/2) circ.zz(0, 1, 0.15) # IonQ native gate GPi with angle 0.15 applied to q0 circ.gpi(0, 0.15) # IonQ native gate GPi2 with angle 0.15 applied to q0 circ.gpi2(0, 0.15) # IonQ native gate MS with angles 0.15, 0.15, 0.15 applied to q0, q1 circ.ms(0, 1, 0.15, 0.15, 0.15)
Terlepas dari gerbang set yang telah ditentukan sebelumnya, Anda juga dapat menerapkan gerbang kesatuan yang didefinisikan sendiri ke sirkuit. Ini bisa berupa gerbang qubit tunggal (seperti yang ditunjukkan pada kode sumber berikut) atau gerbang multi-qubit yang diterapkan pada qubits ditentukan oleh targets parameter.
import numpy as np # apply a general unitary my_unitary = np.array([[0, 1],[1, 0]]) circ.unitary(matrix=my_unitary, targets=[0])
Contoh: Perluas sirkuit yang ada
Anda dapat memperpanjang sirkuit yang ada dengan menambahkan instruksi. An Instruction adalah direktif kuantum yang menggambarkan tugas kuantum yang harus dilakukan pada perangkat kuantum. Instructionoperator menyertakan objek tipe Gate saja.
# import the Gate and Instruction modules from braket.circuits import Gate, Instruction # add instructions directly. circ = Circuit([Instruction(Gate.H(), 4), Instruction(Gate.CNot(), [4, 5])]) # or with add_instruction/add functions instr = Instruction(Gate.CNot(), [0, 1]) circ.add_instruction(instr) circ.add(instr) # specify where the circuit is appended circ.add_instruction(instr, target=[3, 4]) circ.add_instruction(instr, target_mapping={0: 3, 1: 4}) # print the instructions print(circ.instructions) # if there are multiple instructions, you can print them in a for loop for instr in circ.instructions: print(instr) # instructions can be copied new_instr = instr.copy() # appoint the instruction to target new_instr = instr.copy(target=[5]) new_instr = instr.copy(target_mapping={0: 5})
Contoh: Lihat gerbang yang didukung setiap perangkat
Simulator mendukung semua gerbang di BraketSDK, tetapi QPU perangkat mendukung subset yang lebih kecil. Anda dapat menemukan gerbang perangkat yang didukung di properti perangkat. Berikut ini menunjukkan contoh dengan perangkat ionQ:
# import the device module from braket.aws import AwsDevice device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-east-1::device/qpu/ionq/Aria-1") # get device name device_name = device.name # show supportedQuantumOperations (supported gates for a device) device_operations = device.properties.dict()['action']['braket.ir.openqasm.program']['supportedOperations'] print('Quantum Gates supported by {}:\n {}'.format(device_name, device_operations))
Quantum Gates supported by the Aria-1 device: ['x', 'y', 'z', 'rx', 'ry', 'rz', 'h', 'cnot', 's', 'si', 't', 'ti', 'v', 'vi', 'xx', 'yy', 'zz', 'swap']
Gerbang yang didukung mungkin perlu dikompilasi ke gerbang asli sebelum mereka dapat berjalan pada perangkat keras kuantum. Saat Anda mengirimkan sirkuit, Amazon Braket melakukan kompilasi ini secara otomatis.
Contoh: Secara terprogram mengambil kesetiaan gerbang asli yang didukung oleh perangkat
Anda dapat melihat informasi kesetiaan di halaman Perangkat konsol Braket. Terkadang sangat membantu untuk mengakses informasi yang sama secara terprogram. Kode berikut menunjukkan cara mengekstrak keduanya qubit gerbang kesetiaan antara dua gerbang a. QPU
# import the device module from braket.aws import AwsDevice device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-west-1::device/qpu/rigetti/Ankaa-2") #specify the qubits a=10 b=11 print(f"Fidelity of the ISWAP gate between qubits {a} and {b}: ", device.properties.provider.specs["2Q"][f"{a}-{b}"]["fISWAP"])
Pengukuran sebagian
Mengikuti contoh sebelumnya, kami telah mengukur semua qubit di sirkuit kuantum. Namun, dimungkinkan untuk mengukur qubit individu atau subset qubit.
Contoh: Ukur subset qubit
Dalam contoh ini, kami mendemonstrasikan pengukuran sebagian dengan menambahkan measure instruksi dengan qubit target ke ujung rangkaian.
# Use the local state vector simulator device = LocalSimulator() # Define an example bell circuit and measure qubit 0 circuit = Circuit().h(0).cnot(0, 1).measure(0) # Run the circuit task = device.run(circuit, shots=10) # Get the results result = task.result() # Print the circuit and measured qubits print(circuit) print() print("Measured qubits: ", result.measured_qubits)
Manual qubit alokasi
Ketika Anda menjalankan sirkuit kuantum pada komputer kuantum dari Rigetti, Anda dapat menggunakan manual secara opsional qubit alokasi untuk mengontrol yang mana qubits digunakan untuk algoritma Anda. Konsol Amazon Braket
Manual qubit alokasi memungkinkan Anda untuk menjalankan sirkuit dengan akurasi yang lebih besar dan untuk menyelidiki individu qubit properti. Peneliti dan pengguna tingkat lanjut mengoptimalkan desain sirkuit mereka berdasarkan data kalibrasi perangkat terbaru dan dapat memperoleh hasil yang lebih akurat.
Contoh berikut menunjukkan bagaimana mengalokasikan qubits secara eksplisit.
circ = Circuit().h(0).cnot(0, 7) # Indices of actual qubits in the QPU my_task = device.run(circ, s3_location, shots=100, disable_qubit_rewiring=True)
Untuk informasi selengkapnya, lihat contoh Amazon Braket di GitHub
Kompilasi kata demi kata
Saat Anda menjalankan sirkuit kuantum pada komputer kuantum berbasis gerbang, Anda dapat mengarahkan kompiler untuk menjalankan sirkuit Anda persis seperti yang ditentukan tanpa modifikasi apa pun. Dengan menggunakan kompilasi kata demi kata, Anda dapat menentukan bahwa seluruh rangkaian dipertahankan tepat seperti yang ditentukan atau hanya bagian tertentu saja yang dipertahankan (didukung oleh Rigetti hanya). Saat mengembangkan algoritme untuk pembandingan perangkat keras atau protokol mitigasi kesalahan, Anda perlu memiliki opsi untuk menentukan dengan tepat gerbang dan tata letak sirkuit yang Anda jalankan pada perangkat keras. Kompilasi verbatim memberi Anda kontrol langsung atas proses kompilasi dengan mematikan langkah-langkah pengoptimalan tertentu, sehingga memastikan bahwa sirkuit Anda berjalan persis seperti yang dirancang.
Kompilasi kata demi kata saat ini didukung di Rigetti, IonQ, dan IQM perangkat dan membutuhkan penggunaan gerbang asli. Saat menggunakan kompilasi kata demi kata, disarankan untuk memeriksa topologi perangkat untuk memastikan bahwa gerbang dipanggil terhubung qubits dan bahwa sirkuit menggunakan gerbang asli yang didukung pada perangkat keras. Contoh berikut menunjukkan cara mengakses daftar gerbang asli yang didukung oleh perangkat secara terprogram.
device.properties.paradigm.nativeGateSet
Untuk Rigetti, qubit rewiring harus dimatikan dengan pengaturan disableQubitRewiring=True untuk digunakan dengan kompilasi kata demi kata. Jika disableQubitRewiring=False disetel saat menggunakan kotak kata demi kata dalam kompilasi, rangkaian kuantum gagal validasi dan tidak berjalan.
Jika kompilasi kata demi kata diaktifkan untuk sirkuit dan dijalankan pada QPU yang tidak mendukungnya, kesalahan dihasilkan yang menunjukkan bahwa operasi yang tidak didukung telah menyebabkan tugas gagal. Karena semakin banyak perangkat keras kuantum yang secara native mendukung fungsi kompiler, fitur ini akan diperluas untuk menyertakan perangkat ini. Perangkat yang mendukung kompilasi kata demi kata menyertakannya sebagai operasi yang didukung saat ditanyakan dengan kode berikut.
from braket.aws import AwsDevice from braket.device_schema.device_action_properties import DeviceActionType device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-west-1::device/qpu/rigetti/Ankaa-2") device.properties.action[DeviceActionType.OPENQASM].supportedPragmas
Tidak ada biaya tambahan yang terkait dengan penggunaan kompilasi kata demi kata. Anda terus dikenakan biaya untuk tugas kuantum yang dijalankan pada QPU perangkat Braket, instans notebook, dan simulator sesuai permintaan berdasarkan tarif saat ini sebagaimana ditentukan pada halaman Harga Amazon Braket.
catatan
Jika Anda menggunakan Open QASM untuk menulis sirkuit Anda untuk IonQ perangkat, dan Anda ingin memetakan sirkuit Anda langsung ke qubit fisik, Anda perlu menggunakan #pragma braket verbatim sebagai disableQubitRewiring bendera benar-benar diabaikan oleh OpenQASM.
Simulasi kebisingan
Untuk membuat instance simulator kebisingan lokal, Anda dapat mengubah backend sebagai berikut.
device = LocalSimulator(backend="braket_dm")
Anda dapat membangun sirkuit berisik dengan dua cara:
-
Bangun sirkuit berisik dari bawah ke atas.
-
Ambil sirkuit bebas kebisingan yang ada dan suntikkan kebisingan ke seluruh bagian.
Contoh berikut menunjukkan pendekatan menggunakan sirkuit sederhana dengan derau depolarisasi dan saluran Kraus khusus.
# Bottom up approach # apply depolarizing noise to qubit 0 with probability of 0.1 circ = Circuit().x(0).x(1).depolarizing(0, probability=0.1) # create an arbitrary 2-qubit Kraus channel E0 = scipy.stats.unitary_group.rvs(4) * np.sqrt(0.8) E1 = scipy.stats.unitary_group.rvs(4) * np.sqrt(0.2) K = [E0, E1] # apply a two-qubit Kraus channel to qubits 0 and 2 circ = circ.kraus([0,2], K)
# Inject noise approach # define phase damping noise noise = Noise.PhaseDamping(gamma=0.1) # the noise channel is applied to all the X gates in the circuit circ = Circuit().x(0).y(1).cnot(0,2).x(1).z(2) circ_noise = circ.copy() circ_noise.apply_gate_noise(noise, target_gates = Gate.X)
Menjalankan sirkuit adalah pengalaman pengguna yang sama seperti sebelumnya, seperti yang ditunjukkan dalam dua contoh berikut.
Contoh 1
task = device.run(circ, s3_location)
Atau
Contoh 2
task = device.run(circ_noise, s3_location)
Untuk contoh lainnya, lihat contoh simulator bising pengantar Braket
