Fluxo de trabalho de desenvolvimento
O termo padrão Qiskit descreve o fluxo de trabalho de desenvolvimento para decompor problemas específicos do domínio e contextualizar os recursos necessários em etapas. Isso permite a composição perfeita de novos recursos desenvolvidos por pesquisadores d IBM Quantum® (e outros) e possibilita um futuro em que as tarefas de computação quântica sejam realizadas por uma poderosa infraestrutura de computação heterogênea (CPU/GPU/QPU). Blocos ou grupos de blocos executam as etapas de um padrão, com o Qiskit SDK fornecendo uma importante camada fundamental, apoiada por outras ferramentas ou serviços desenvolvidos pela IBM Quantum ou pela comunidade de código aberto quântico. Os padrões Qiskit permitem que especialistas na área especifiquem um problema e componham as ferramentas (blocos) que realizam um padrão Qiskit. Esse padrão pode então ser executado localmente, por meio de serviços em nuvem ou implantado com o Qiskit Serverless.
As quatro etapas de um padrão Qiskit são as seguintes:
- Mapeie o problema para circuitos e operadores quânticos
- Otimize para o hardware de destino
- Executar no hardware de destino
- Resultados pós-processamento
Cada etapa é detalhada nas seções abaixo.
Mapeie o problema para circuitos e operadores quânticos
Esta etapa descreve como um usuário parte de um problema clássico e descobre como mapeá-lo para um computador quântico. Por exemplo, em aplicações como química e simulação quântica, essa etapa geralmente envolve a construção de um circuito quântico que represente o hamiltoniano que se pretende resolver. Nesta etapa, para certos problemas, pode ser aconselhável especificar desde o início o mapeamento do problema para os qubits na rede heavy-hex (ou bruta) de um hardware d IBM®, caso a estrutura do problema se preste a uma otimização antecipada. Também vale a pena considerar, neste momento, qual será o resultado desse algoritmo específico, a fim de se preparar para a etapa de execução posterior — por exemplo, se o resultado desejado envolver a inferência de funções de correlação por meio de testes de Hadamard, você pode se preparar para usar o Sampler, enquanto que a especificação de observáveis utilizaria o Estimator e poderia oferecer diversas opções de mitigação de erros.
O resultado dessa etapa é normalmente uma coleção de circuitos ou operadores quânticos que podem ser otimizados para hardware na próxima etapa.
Otimizar para o hardware de destino
Nessa etapa, você pega os circuitos abstratos (ou operadores) produzidos na etapa de mapeamento e executa uma série de otimizações neles. Isso pode incluir o mapeamento da rota e do layout do circuito para o hardware de qubit físico, a conversão para portas de base do hardware e a redução do número de operações, tudo projetado para otimizar a probabilidade de sucesso na etapa de execução posterior. Neste ponto, talvez você também queira testar seus circuitos com um simulador antes de executá-los no hardware real na próxima etapa.
Durante essa etapa, os circuitos abstratos devem ser transpilados para circuitos de arquitetura de conjunto de instruções (ISA). Um circuito ISA é aquele que consiste apenas em portas compreendidas pelo hardware de destino (portas de base) e quaisquer portas multiqubit necessárias para obedecer a quaisquer restrições de conectividade (mapa de acoplamento). Somente os circuitos ISA podem ser executados no hardware IBM usando IBM Qiskit Runtime.
Executar no hardware de destino
Essa etapa envolve a execução de seus circuitos no hardware e produz os resultados da computação quântica. Os circuitos ISA produzidos na etapa anterior podem ser executados usando um primitivo Sampler ou Estimator do site Qiskit Runtime, inicializado localmente no seu computador ou em um cluster ou outro ambiente de computação heterogêneo. Eles podem ser executados em um lote, o que permite a transpilação paralela para a eficiência computacional clássica, ou em uma sessão, o que permite que as tarefas iterativas sejam implementadas de forma eficiente sem atrasos na fila. Durante essa etapa, também há a opção de configurar determinadas técnicas de supressão e atenuação de erros fornecidas pelo site Qiskit Runtime.
Dependendo se você estiver usando a primitiva Sampler ou Estimator, o resultado desta etapa será diferente. Se estiver usando o Sampler, a saída consistirá em medições por disparo na forma de sequências de bits. Se estiver usando o Estimator, o resultado serão os valores esperados das variáveis observáveis correspondentes a grandezas físicas ou funções de custo.
Resultados pós-processamento
Esta etapa final consiste em reunir os resultados da etapa anterior para obter o resultado desejado. Isso pode envolver uma série de etapas clássicas de processamento de dados, tais como a visualização de resultados, técnicas de mitigação de erros de leitura, marginalização de distribuições de quase-probabilidade para verificar resultados em conjuntos menores de qubits, ou pós-seleção com base em propriedades inerentes ao problema, como spin total, paridade ou conservação de partículas, por meio da remoção de observáveis não físicos.
À medida que o campo passa da construção de circuitos sob medida para fluxos de trabalho em escala de utilidade, a flexibilidade e a facilidade com que os padrões do Qiskit permitem que os usuários componham as diferentes etapas do padrão abrem a computação quântica para uma ampla variedade de aplicações e técnicas de fácil utilização pelos cientistas da computação quântica.