Перейти до основного вмісту

Локальний режим тестування Qiskit Runtime

Версії пакетів

Код на цій сторінці розроблено з використанням наступних залежностей. Рекомендуємо використовувати ці або новіші версії.

qiskit[all]~=2.3.0
qiskit-ibm-runtime~=0.43.1
qiskit-aer~=0.17

Використовуй локальний режим тестування (доступний у qiskit-ibm-runtime v0.22.0 або новіших версіях), щоб тестувати програми перед їх налаштуванням і відправкою на справжнє квантове залізо. Після того як ти перевіриш свою програму в локальному режимі тестування, достатньо лише змінити назву Backend, щоб запустити її на QPU.

Щоб скористатися локальним режимом тестування, вкажи один із фейкових Backend з qiskit_ibm_runtime.fake_provider або вкажи Backend Qiskit Aer під час створення примітиву Qiskit Runtime або сесії.

  • Фейкові Backend: Фейкові Backend у qiskit_ibm_runtime.fake_provider імітують поведінку QPU IBM® за допомогою знімків QPU. Знімки QPU містять важливу інформацію про QPU: карту зв'язності, базові Gate та властивості кубітів — усе це корисно для тестування Transpiler та виконання зашумлених симуляцій QPU. Модель шуму зі знімку застосовується автоматично під час симуляції.

  • Симулятор Aer: Симулятори з Qiskit Aer забезпечують більш продуктивну симуляцію, яка може обробляти більші Circuit та власні моделі шуму. Перелік доступних методів симуляції можна переглянути при використанні AerSimulator у локальному режимі тестування. Дивись приклад режиму симуляції Кліффорда, який демонструє ефективну симуляцію Circuit Кліффорда з великою кількістю кубітів.

    Перелік методів симуляції, доступних у Qiskit Aer

    Докладніше дивись у документації AerSimulator.

    • "automatic": Метод симуляції за замовчуванням. Автоматично обирає метод симуляції залежно від Circuit та моделі шуму.

    • "statevector": Симуляція щільного вектора стану, яка може вибирати результати вимірювань із ідеальних Circuit з усіма вимірами в кінці Circuit. Для зашумлених симуляцій кожний знімок вибирає випадковим чином зашумлений Circuit із моделі шуму.

    • "density_matrix": Симуляція матриці густини, яка може вибирати результати вимірювань із зашумлених Circuit з усіма вимірами в кінці Circuit.

    • "stabilizer": Ефективний симулятор стану стабілізатора Кліффорда, який може симулювати зашумлені Circuit Кліффорда, якщо всі помилки в моделі шуму також є помилками Кліффорда.

    • "extended_stabilizer": Наближений симулятор для Circuit Кліффорда + T, що базується на розкладанні стану у ранжований стан стабілізатора. Кількість доданків зростає зі збільшенням кількості non-Clifford (T) Gate.

    • "matrix_product_state": Симулятор вектора стану на основі тензорних мереж, що використовує представлення Matrix Product State (MPS) для стану. Це можна робити як із обрізанням, так і без обрізання вимірностей зв'язку MPS залежно від параметрів симулятора. За замовчуванням обрізання не застосовується.

    • "unitary": Симуляція щільної унітарної матриці ідеального Circuit. Симулює унітарну матрицю самого Circuit, а не еволюцію початкового квантового стану. Цей метод може симулювати лише Gate; він не підтримує вимірювання, скидання або шум.

    • "superop": Симуляція щільної матриці суперопоратора ідеального або зашумленого Circuit. Симулює матрицю суперопоратора самого Circuit, а не еволюцію початкового квантового стану. Цей метод може симулювати ідеальні та зашумлені Gate і скидання, але не підтримує вимірювання.

    • "tensor_network": Симуляція на основі тензорних мереж, що підтримує як вектор стану, так і матрицю густини. Наразі доступно лише для GPU і прискорюється за допомогою API cuQuantum cuTensorNet.

Примітки
  • У локальному режимі тестування можна вказати всі параметри Qiskit Runtime. Проте всі параметри, крім shots, ігноруються під час запуску на локальному симуляторі.
  • Рекомендується встановити Qiskit Aer перед використанням фейкових Backend або симуляторів Aer, виконавши pip install qiskit-aer. Фейкові Backend використовують симулятори Aer за наявності, щоб скористатися їхньою продуктивністю.

Приклад із фейковими Backend​

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q numpy qiskit qiskit-aer qiskit-ibm-runtime
from qiskit.circuit import QuantumCircuit
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit_ibm_runtime import SamplerV2 as Sampler
from qiskit_ibm_runtime.fake_provider import FakeManilaV2

# Bell Circuit
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
qc.measure_all()

# Run the sampler job locally using FakeManilaV2
fake_manila = FakeManilaV2()
pm = generate_preset_pass_manager(backend=fake_manila, optimization_level=1)
isa_qc = pm.run(qc)

# You can use a fixed seed to get fixed results.
options = {"simulator": {"seed_simulator": 42}}
sampler = Sampler(mode=fake_manila, options=options)

result = sampler.run([isa_qc]).result()

Приклади AerSimulator​

Приклад із сесіями, без шуму:

from qiskit_aer import AerSimulator
from qiskit.circuit import QuantumCircuit
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit_ibm_runtime import Session, SamplerV2 as Sampler

# Bell Circuit
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
qc.measure_all()

# Run the sampler job locally using AerSimulator.
# Session syntax is supported but ignored because local mode doesn't support sessions.
aer_sim = AerSimulator()
pm = generate_preset_pass_manager(backend=aer_sim, optimization_level=1)
isa_qc = pm.run(qc)
with Session(backend=aer_sim) as session:
    sampler = Sampler(mode=session)
    result = sampler.run([isa_qc]).result()

Щоб симулювати з шумом, вкажи QPU (квантове залізо) і відправ його до Aer. Aer будує модель шуму на основі калібрувальних даних цього QPU та створює Backend Aer з цією моделлю. За бажанням ти можеш побудувати модель шуму самостійно.

обережно

QPU може зазнавати впливу різних видів шуму. Модель шуму Qiskit Aer, що використовується тут, симулює лише деякі з них, тому вона, ймовірно, буде менш значною, ніж шум на справжньому QPU.

Докладніше про те, які помилки включаються при ініціалізації моделі шуму з QPU, дивись у довіднику API Aer NoiseModel.

Приклад із шумом:

from qiskit_aer import AerSimulator
from qiskit.circuit import QuantumCircuit
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit_ibm_runtime import SamplerV2 as Sampler, QiskitRuntimeService

# Bell Circuit
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
qc.measure_all()

service = QiskitRuntimeService()

# Specify a QPU to use for the noise model
real_backend = service.backend("ibm_fez")
aer = AerSimulator.from_backend(real_backend)

# Run the sampler job locally using AerSimulator.
pm = generate_preset_pass_manager(backend=aer, optimization_level=1)
isa_qc = pm.run(qc)
sampler = Sampler(mode=aer)
result = sampler.run([isa_qc]).result()

Симуляція Кліффорда​

Оскільки Circuit Кліффорда можна ефективно симулювати з верифікованими результатами, симуляція Кліффорда є дуже корисним інструментом. Для детального прикладу дивись Ефективна симуляція стабілізаторних Circuit за допомогою примітивів Qiskit Aer.

Приклад:

import numpy as np
from qiskit.circuit.library import efficient_su2
from qiskit_ibm_runtime import SamplerV2 as Sampler

n_qubits = 500  # <---- note this uses 500 qubits!
circuit = efficient_su2(n_qubits)
circuit.measure_all()

rng = np.random.default_rng(1234)
params = rng.choice(
    [0, np.pi / 2, np.pi, 3 * np.pi / 2],
    size=circuit.num_parameters,
)

# Tell Aer to use the stabilizer (Clifford) simulation method
aer_sim = AerSimulator(method="stabilizer")

pm = generate_preset_pass_manager(backend=aer_sim, optimization_level=1)
isa_qc = pm.run(qc)
sampler = Sampler(mode=aer_sim)
result = sampler.run([isa_qc]).result()

Подальші кроки​

Рекомендації