Вступ до Qiskit Functions

Notes

• Qiskit Functions — це експериментальна функція, доступна лише користувачам планів IBM Quantum® Premium Plan, Flex Plan та On-Prem (через IBM Quantum Platform API). Вони мають статус preview release і можуть змінюватися.

Qiskit Functions спрощують і прискорюють пошук алгоритмів та розробку застосувань масштабу utility, абстрагуючи окремі частини робочого процесу квантової розробки програмного забезпечення. Таким чином, Qiskit Functions вивільняють час, який зазвичай витрачається на написання коду вручну та тонке налаштування експериментів.

Qiskit Functions Catalog

Функції існують у двох формах:

Тип	Що вона робить?	Приклади входів та виходів	Для кого?
Circuit function	Спрощений інтерфейс для запуску Circuit. Абстрагує транспіляцію, придушення та пом'якшення помилок	Вхід: Абстрактні об'єкти PUB Вихід: Пом'якшені значення математичного сподівання	Дослідники, що використовують Qiskit для відкриття нових алгоритмів і застосувань, без необхідності зосереджуватись на оптимізації під апаратне забезпечення чи обробці помилок. Circuit functions можна використовувати для побудови власних application functions.
Application function	Охоплює завдання вищого рівня, наприклад, дослідження алгоритмів і предметно-специфічні сценарії використання. Абстрагує квантовий робочий процес для вирішення задач з класичними входами та виходами	Вхід: Молекули, графи Вихід: Енергії основного та збудженого стану, оптимальні значення для цільової функції	Дослідники в неквантових галузях, які інтегрують квантові обчислення у наявні великомасштабні класичні робочі процеси, без необхідності відображати класичні дані на квантові Circuit.

Функції надаються IBM® та сторонніми партнерами. Кожна з них ефективна для певних характеристик робочого навантаження та має унікальні параметри налаштування продуктивності.

Огляд доступних функцій

Circuit functions

Назва	Постачальник	Рекомендоване використання	Унікальні переваги
Tensor-Network Error Mitigation Посібник Довідник API Ліцензія	Algorithmiq	Робочі навантаження зі спостережуваними низької ваги та схемами без циклів.	Знижує накладні витрати на вимірювання та дисперсію, перевершуючи стандартні базові методи пом'якшення помилок, такі як Zero Noise Extrapolation (ZNE) та Probabilistic Error Cancellation (PEC) для відповідних класів схем.
QESEM: Error Suppression and Error Mitigation Посібник Довідник API	Qedma	Робочі навантаження, що включають схеми з дробовими або параметризованими вентилями, спостережуваними високої ваги, а також робочі процеси, що вимагають незміщених значень математичного сподівання та точних оцінок часу виконання.	Видає незміщені значення математичного сподівання з меншою дисперсією та витратами ресурсів, перевершуючи ZNE та PEC для відповідних класів схем.
Performance Management Посібник Довідник API Ліцензія	Q-CTRL	Робочі навантаження, що містять параметричні схеми, глибокі схеми або вимагають багатьох виконань схем.	Автоматично застосовує придушення помилок на основі ШІ до квантових алгоритмів, максимізуючи продуктивність пристроїв IBM для досягнення точних результатів при зменшенні кількості shots, часу обчислень та витрат. Метод без накладних витрат, що підвищує точність виконання для примітивів Sampler та Estimator, сумісний з будь-якою вагою спостережуваних.
Orbit Посібник Довідник API	Quantum Elements	Робочі навантаження з періодами простою або прогалинами в плануванні, зокрема статичні та динамічні схеми, такі як квантова корекція помилок, вимірювання посеред схеми, оракульні алгоритми, варіаційні квантові алгоритми та симуляція гамільтоніана.	Поєднує оптимізовану транспіляцію, динамічне роз'єднання та пом'якшення помилок вимірювання в єдиний робочий процес для підвищення продуктивності схем на апаратному забезпеченні IBM Quantum. Застосовує придушення помилок з низькими накладними витратами, яке зберігає початкову логіку схеми без додаткового часу квантової чи класичної попередньої обробки, тож користувачі можуть вмикати, вимикати або порівнювати кожну техніку з необробленою схемою.

Application functions

Назва	Постачальник	Рекомендоване використання	Унікальні переваги
QUICK-PDE Посібник Довідник API Ліцензія	ColibriTD	Використання квантових обчислень для мультифізичних диференціальних рівнянь у частинних похідних (PDE). Підготовка робочих процесів симуляції для квантового апаратного забезпечення зі збереженням повного контролю над параметрами квантового та фізичного моделювання.	Пропонує надійний гібридний VQA-фреймворк, який надає точні, масштабовані розв'язки PDE завдяки просунутому кодуванню розв'язків та спектральним методам, що робить його ідеальною відправною точкою для команд, які прагнуть розвивати можливості симуляції, готові до квантових обчислень.
Quantum Portfolio Optimizer Посібник Довідник API Ліцензія	Global Data Quantum	Робочі навантаження для фінансової оптимізації: пошук оптимальних портфельних стратегій з часом при мінімізації ризику та максимізації прибутку, що забезпечує зворотне тестування торгових стратегій.	Вирішує комбінаторні задачі оптимізації через вузькоспеціалізовану адаптацію квантового алгоритму VQE для цього фінансового сценарію, використовуючи оптимізовані стратегії виконання та оптимізатори, а також методи пом'якшення помилок з урахуванням шуму, адаптовані до портфельної оптимізації.
HI-VQE Chemistry Посібник Довідник API Ліцензія	Qunova Computing	Робочі навантаження в обчислювальній хімії, молекулярному моделюванні, матеріалознавстві або будь-якій симуляції гамільтоніана, що вимагають вирішення задач електронної структури багатьох тіл.	Вирішує задачі електронної структури молекул за допомогою вдосконаленого SQD, досягаючи хімічної точності (1 ккал/моль, 1,6 мГа) для задач, змодельованих із кількістю кубітів від 40 до 60, перевершуючи деякі класичні розв'язки на суперкомп'ютерах або стандартний SQD за швидкістю збіжності чи точністю відповідно на порядки величин.
Iskay Quantum Optimizer Посібник Довідник API Ліцензія	Kipu Quantum	Задачі оптимізації, такі як планування, логістика, маршрутизація та QUBO/HUBO задачі.	Інтегровані налаштовувані класичні методи попередньої та постобробки для процедури квантової оптимізації. Забезпечує перевагу у часі виконання над класичними вирішувачами (CPLEX, simulated annealing та tabu search) на вибраних HUBO-бенчмарках. Market Split ms_5_100, складна задача, розв'язана за години (дивись цей туторіал).
Singularity Machine Learning Посібник Довідник API Ліцензія	Multiverse Computing	Класичні робочі процеси класифікації машинного навчання, які можуть отримати користь від підвищеної точності або обчислювальної ефективності завдяки використанню квантової оптимізації, що виконується на апаратному забезпеченні IBM.	Забезпечує точність, порівнянну з класичними моделями або таку, що їх перевершує, наприклад, Random Forest або XGBoost, при цьому працюючи зі значно меншою кількістю базових моделей та більш компактним ансамблем. Завдяки квантово-оптимізованому голосуванню відбирає найбільш інформативні базові моделі та уточнює межі рішень, що призводить до вищої ефективності, зниження складності моделі та більш надійної продуктивності.
Optimization Solver Посібник Довідник API Ліцензія	Q-CTRL	Задачі бінарної оптимізації або будь-яка комбінаторна задача, що може бути відображена на бінарну цільову функцію. Підтримуються цільові функції будь-якого порядку та розміри задач до максимального масштабу пристрою.	Наскрізне квантове рішення оптимізації з урахуванням шуму, що дозволяє подавати визначення задач високого рівня та автоматично знаходить точні розв'язки класично складних комбінаторних задач на квантовому апаратному забезпеченні масштабу utility. Абстрагує складність, обробляючи придушення помилок, ефективне відображення та гібридну квантово-класичну оптимізацію для вирішення задач оптимізації в повному масштабі пристрою без глибоких квантових знань.
Parity Twine Optimizer Посібник Довідник API	ParityQC	Робочі навантаження з оптимізації, які виграють від зменшеної кількості вентилів і глибини схеми, уможливлюючи розміри задач, актуальні для індустрії, які недосяжні стандартними методами транспіляції з великою кількістю SWAP.	Використовує метод Parity Twine, побудований на Parity Architecture, щоб мінімізувати кількість двокубітних вентилів і глибину схеми з урахуванням зв'язності пристрою, реалізуючи нелокальні взаємодії без вентилів SWAP. Автоматизує кроки транспіляції з мінімальним вкладом користувача та використовує ефективний підхід QAOA глибини один, щоб отримати оптимальні параметри схеми на CPU, мінімізуючи необхідний час QPU.
Constrained Quantum Optimizer Посібник Довідник API	Aqarios	Задачі бінарної оптимізації з обмеженнями, подані у вигляді файлу LP, файлу MPS або моделі Luna, зокрема з обмеженнями one-hot або set-packing.	Розв'язує задачі бінарної оптимізації з обмеженнями безпосередньо, нативно забезпечуючи обмеження one-hot і set-packing через XY-міксери замість штрафних членів, що звужує простір пошуку до допустимого підпростору та покращує якість розв'язку. Автоматично виконує переформулювання, синтез схем, транспіляцію та виконання на апаратному забезпеченні за допомогою ітеративного warm-starting алгоритму FlexQAOA, без навчання варіаційних параметрів.