Úvod do nástrojů pro ladění

Své kvantové programy můžeš testovat spouštěním na simulovaných zařízeních a zkoumat jejich výkon v podmínkách realistických šumových modelů. Díky tomu je můžeš ladit ještě před odesláním na kvantovou procesorovou jednotku (QPU).

Kvantové simulátory pomáhají s vývojem a testováním programů před jejich doladěním a odesláním na kvantový hardware. Lokální simulátory to zvládají s dobrým výkonem a efektivitou.

Protože náklady na klasickou simulaci kvantových obvodů rostou exponenciálně s počtem qubitů, obvody s více než přibližně 50 qubity zpravidla na simulátorech nelze spustit. Pro takové obvody máš tyto možnosti:

• Testovat menší verze obvodů, které lze klasicky simulovat.
• Upravit obvody tak, aby se staly klasicky simulovatelnými, i když méně přesnými.

Stabilizační obvody, známé také jako Cliffordovy obvody, jsou užitečným nástrojem pro dosažení tohoto druhého cíle. Jedná se o omezenou třídu kvantových obvodů, které lze efektivně klasicky simulovat. Specializované simulátory dokáží snadno simulovat stabilizační obvody s tisíci qubity. Více informací najdeš v článku Efficient simulation of stabilizer circuits with Qiskit Aer primitives.

Pro obecné kvantové obvody jsou k dispozici následující nástroje pro testování a ladění kvantových programů:

• Pro simulaci obvodů při použití Qiskit Runtime využij jeho lokální testovací režim.
• Pro přesnou simulaci malých kvantových obvodů můžeš použít referenční primitiva dodávaná s Qiskitem. Viz Exact simulation with Qiskit primitives.
• Pro výkonnější simulaci zvládající větší obvody nebo pro zahrnutí šumových modelů do simulace použij Qiskit Aer, projekt v rámci Qiskit Ecosystem. Viz Exact and noisy simulation with Qiskit Aer primitives.
• Pro vytváření vlastních šumových modelů použij modul noise Qiskit Aer. Viz Building noise models.
• Pro úlohy Qiskit Runtime Estimator využij třídu Neat z Qiskit Runtime k ladění a analýze svých úloh. Podrobnosti najdeš v článku Debug Qiskit Runtime jobs.

Hardwarové požadavky

Množství paměti potřebné pro kvantovou simulaci ovlivňuje několik faktorů, takže neexistují přesné hardwarové požadavky, existují však určitá vodítka, která můžeš sledovat.

• Jediným požadavkem pro spuštění Qiskitu je funkční prostředí Python. Podrobnosti najdeš v části Operating system support.
• Protože požadavky na simulaci kvantových obvodů rostou exponenciálně s počtem qubitů, dostupný hardware omezuje počet qubitů, které lze simulovat. Například systém se 4 GB RAM dokáže simulovat přibližně 27 qubitů.
• Více nebo méně dostupné paměti nepovede k přesnějším ani méně přesným výsledkům (za předpokladu, že jsou výsledky vráceny), i když více paměti může vrátit výsledky rychleji nebo umožnit simulaci více qubitů.
• Chceš-li z hardware vytěžit maximum, používej lokální stabilizační (Cliffordovu) simulaci obvodů, kdykoli je to možné. Příklady najdeš v části Clifford simulation with Qiskit Runtime local testing mode nebo Efficient simulation of stabilizer circuits with Qiskit Aer primitives.
• Výpočetní výkon lze zvýšit podle těchto pokynů pro spuštění s více GPU, uzly nebo obojím.