Introdução ao Qiskit

O nome "Qiskit" é um termo geral que se refere a uma coleção de software para execução de programas em computadores quânticos. Entre essas ferramentas de software, destacam-se o código aberto Qiskit SDK e o ambiente de tempo de execução (acessado usando Qiskit Runtime ), por meio do qual é possível executar cargas de trabalho em unidades de processamento quântico (QPUs) IBM®. À medida que a tecnologia quântica evolui, o mesmo acontece com o Qiskit, com novos recursos lançados todos os anos que expandem essa coleção principal de software quântico.

Além disso, muitos projetos de código aberto fazem parte do ecossistema mais amplo do Qiskit. Essas ferramentas de software não fazem parte do próprio Qiskit, mas fazem interface com o Qiskit e podem fornecer valiosas funcionalidades adicionais.

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Qiskit SDK

O Qiskit SDK (nome do pacote qiskit) é um SDK de código aberto para trabalhar com computadores quânticos no nível de circuitos, operadores e primitivos quânticos estendidos (estáticos, dinâmicos e programados). Essa biblioteca é o componente principal do Qiskit; é o maior pacote sob o nome Qiskit, com o mais amplo conjunto de ferramentas para computação quântica, e muitos outros componentes fazem interface com ela.

Alguns dos recursos mais úteis do Qiskit SDK incluem:

• Ferramentas de construção de circuitos (qiskit.circuit) - Para inicializar e manipular registros, circuitos, instruções, portas, parâmetros e objetos de fluxo de controle.

• Biblioteca de circuitos (qiskit.circuit.library) - Uma vasta gama de circuitos, instruções e portas - os principais blocos de construção para computações quânticas baseadas em circuitos.

• Biblioteca de informações quânticas (qiskit.quantum_info) - Um conjunto de ferramentas para trabalhar com estados quânticos, operadores e canais, usando cálculos exatos (sem ruído de amostragem). Use esse módulo para especificar observáveis de entrada e analisar a fidelidade dos resultados das consultas de primitivos.

• Transpilador (qiskit.transpiler) - para transformar e adaptar circuitos quânticos para atender à topologia específica do dispositivo e otimizar a execução em unidades de processamento quântico (QPUs) reais.

• Primitivas (qiskit.primitives) - O módulo que contém as definições básicas e as implementações de referência das primitivas Sampler e Estimator, a partir das quais diferentes fornecedores de hardware quântico podem derivar suas próprias implementações. Veja mais informações sobre as primitivas do Qiskit Runtime na documentação.

Instalação

Para uma introdução mais detalhada sobre como instalar o Qiskit SDK, consulte a página de instalação. Se você estiver pronto para instalá-lo agora, basta executar:

pip install qiskit

Benchmarking e o pacote Benchpress

O benchmarking é importante para comparar o desempenho relativo do software quântico em diferentes estágios de um fluxo de trabalho de desenvolvimento. Os testes de benchmarking para software quântico podem, por exemplo, analisar a velocidade e a qualidade da construção, manipulação e transpilação de circuitos. IBM Quantum tem o compromisso de fornecer o SDK com o melhor desempenho possível e, para isso, o Qiskit SDK é avaliado usando mais de 1.000 testes desenvolvidos pelas principais universidades, laboratórios nacionais e pesquisadores em IBM. O conjunto de benchmarking usado para esses testes, chamado Benchpress, agora está disponível como um pacote de código aberto. Agora você pode usar o pacote Benchpress para realizar sua própria análise do desempenho do SDK quântico.

Complementos Qiskit

Os addons do Qiskit são uma coleção de recursos de pesquisa para descoberta de algoritmos em escala de utilidade. Esses recursos se baseiam na base de ferramentas de alto desempenho do Qiskit para criar e executar algoritmos quânticos. Addons são componentes de software modulares que se conectam a um fluxo de trabalho para dimensionar ou projetar novos algoritmos quânticos. Para saber mais sobre o conjunto de complementos disponíveis do Qiskit e como começar a usá-los, visite a documentação.

O ecossistema Qiskit

Além do Qiskit, há muitos projetos de código aberto que usam o nome "Qiskit", mas não fazem parte do próprio Qiskit; em vez disso, eles fazem interface com o Qiskit e podem fornecer funcionalidades adicionais valiosas para complementar o fluxo de trabalho principal do Qiskit. Alguns desses projetos são mantidos por equipes do IBM Quantum, enquanto outros são apoiados pela comunidade de código aberto mais ampla. O Qiskit SDK foi projetado de forma modular e extensível para facilitar aos desenvolvedores a criação de projetos como esses que ampliam seus recursos.

Alguns projetos populares no ecossistema Qiskit incluem:

• Qiskit Aer (qiskit-aer) - um pacote para simuladores de computação quântica com modelos de ruído realistas. Ele fornece interfaces para executar circuitos quânticos com ou sem ruído usando vários métodos de simulação diferentes. Mantido por IBM Quantum.
• qBraid SDK (qbraid) - uma estrutura de tempo de execução quântica independente de plataforma para fornecedores de software e hardware quânticos, projetada para simplificar o gerenciamento de todo o ciclo de vida dos trabalhos quânticos - desde a definição das especificações do programa até o envio do trabalho e o pós-processamento e a visualização dos resultados. Mantido por qBraid.
• mthree mthree - um pacote para implementar o M3 (Matrix-free Measurement Mitigation), uma técnica de mitigação de medição que resolve as probabilidades de medição corrigidas usando uma etapa de redução de dimensionalidade seguida por uma fatoração LU direta ou um método iterativo pré-condicionado que converge nominalmente em etapas O(1) e pode ser computado em paralelo. Mantido por IBM Quantum.

Você pode encontrar um catálogo de projetos na página do ecossistema Qiskit, além de informações sobre como indicar seu próprio projeto.

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