Flux de travail de développement
Le terme «* modèle Qiskit* » décrit le processus de développement permettant de décomposer les problèmes spécifiques à un domaine et de contextualiser les capacités requises par étapes. Cela permet une combinaison transparente des nouvelles capacités développées par les chercheurs d' IBM Quantum® (et d'autres) et ouvre la voie à un avenir où les tâches de calcul quantique seront effectuées par une infrastructure informatique hétérogène (CPU/GPU/QPU) puissante. Des blocs ou groupes de blocs exécutent les étapes d'un modèle, l' Qiskit SDK e fournissant une couche fondamentale importante, soutenue par d'autres outils ou services développés par IBM Quantum ou la communauté open source quantique. Les modèles Qiskit permettent aux experts du domaine de spécifier un problème et de composer les outils (blocs) qui permettent de réaliser un modèle Qiskit. Ce modèle peut ensuite être exécuté localement, via des services cloud ou déployé avec Qiskit Serverless.
Les quatre étapes d'un motif Qiskit sont les suivantes :
- Problème de cartographie vers les circuits et opérateurs quantiques
- Optimiser pour le matériel cible
- Exécuter sur le matériel cible
- Résultats post-traitement
Chaque étape est détaillée dans les sections ci-dessous.
Cartographier le problème à l'aide de circuits et d'opérateurs quantiques
Cette étape explique comment un utilisateur part d'un problème classique et détermine comment le transposer sur un ordinateur quantique. Par exemple, dans des domaines tels que la chimie et la simulation quantique, cette étape consiste généralement à construire un circuit quantique représentant l'hamiltonien que l'on cherche à résoudre. Au cours de cette étape, pour certains problèmes, il peut également s'avérer souhaitable de définir dès le départ la correspondance entre le problème et les qubits du réseau « heavy-hex » (ou « gross ») du matériel d' IBM®, si la structure du problème se prête à une optimisation précoce. Il convient également de réfléchir dès à présent au résultat attendu de cet algorithme particulier, en vue de l'étape d'exécution ultérieure. Par exemple, si le résultat souhaité consiste à déduire des fonctions de corrélation à l'aide de tests de Hadamard, vous pourriez vous préparer à utiliser Sampler, tandis que la spécification d'observables nécessiterait l'utilisation d'Estimator et pourrait offrir de nombreuses options de réduction des erreurs.
Le résultat de cette étape est normalement une collection de circuits ou d'opérateurs quantiques qui peuvent être optimisés pour le matériel dans l'étape suivante.
Optimiser pour le matériel cible
Dans cette étape, vous prenez les circuits abstraits (ou opérateurs) produits à partir de l'étape de cartographie et vous effectuez une série d'optimisations sur eux. Il peut s'agir de faire correspondre l'itinéraire et la disposition du circuit au matériel physique des qubits, de convertir les portes de base du matériel et de réduire le nombre d'opérations, le tout dans le but d'optimiser les chances de réussite de l'étape ultérieure d'exécution. À ce stade, vous pouvez également tester vos circuits à l'aide d'un simulateur avant de les exécuter sur du matériel réel à l'étape suivante.
Au cours de cette étape, les circuits abstraits doivent être transpilés en circuits correspondant à une architecture de jeu d'instructions (ISA). Un circuit ISA est un circuit composé uniquement de portes comprises par le matériel cible (portes de base) et des portes à plusieurs qubits nécessaires pour respecter les contraintes de connectivité (carte de couplage). Seuls les circuits ISA peuvent être exécutés sur du matériel « IBM » à l'aide du service de calcul « IBM Quantum ».
Exécuter sur le matériel cible
Cette étape consiste à exécuter vos circuits sur du matériel et permet d'obtenir les résultats du calcul quantique. Les circuits ISA générés à l'étape précédente peuvent être exécutés à l'aide d'une primitive « Sampler » ou « Estimator » issue du package qiskit-ibm-runtime , initialisée localement sur votre ordinateur ou à partir d'un cluster ou d'un autre environnement de calcul hétérogène. Celles-ci peuvent être exécutées en « lot », ce qui permet une transpilation parallèle pour une efficacité de calcul classique, ou en « session », ce qui permet de mettre en œuvre efficacement des tâches itératives sans délais liés à la file d'attente. Au cours de cette étape, il est également possible de configurer certaines techniques de suppression et d'atténuation des erreurs fournies par qiskit-ibm-runtime.
Selon que vous utilisiez la primitive « Sampler » ou « Estimator », le résultat de cette étape sera différent. Si vous utilisez Sampler, les résultats seront des mesures par prise sous forme de chaînes de bits. Si vous utilisez Estimator, le résultat sera constitué des valeurs attendues des observables correspondant à des grandeurs physiques ou à des fonctions de coût.
Résultats du post-traitement
Cette dernière étape consiste à assembler les résultats de l'étape précédente afin d'obtenir le résultat souhaité. Cela peut impliquer toute une série d'étapes classiques du traitement des données, telles que la visualisation des résultats, les techniques d'atténuation des erreurs de lecture, la marginalisation des distributions de quasi-probabilité pour valider les résultats sur des ensembles plus restreints de qubits, ou encore la post-sélection sur la base des propriétés intrinsèques du problème, comme le spin total, la parité ou la conservation des particules, en éliminant les observables non physiques.
Alors que le domaine passe de la construction de circuits sur mesure à des flux de travail à grande échelle, la flexibilité et la facilité avec lesquelles les modèles Qiskit permettent aux utilisateurs de composer les différentes étapes du modèle ouvrent l'informatique quantique à une grande variété d'applications et de techniques faciles à utiliser par les scientifiques de l'informatique quantique.