Transpilace s pass managery

Verze balíčků

Kód na této stránce byl vytvořen s použitím následujících požadavků. Doporučujeme používat tyto nebo novější verze.

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

Doporučený způsob transpilace obvodu je vytvořit staged pass manager a poté zavolat jeho metodu run s obvodem jako vstupem. Tato stránka vysvětluje, jak tímto způsobem transpilovat kvantové obvody.

Co je (staged) pass manager?

V kontextu Qiskit SDK se transpilací rozumí proces transformace vstupního obvodu do podoby vhodné pro spuštění na kvantovém zařízení. Transpilace obvykle probíhá v posloupnosti kroků nazývaných transpiler passes. Obvod je postupně zpracováván jednotlivými transpiler passes, přičemž výstup jednoho passu se stává vstupem dalšího. Například jeden pass může projít obvodem a sloučit všechny po sobě jdoucí sekvence jednoqubitových Gate, a následující pass může tyto Gate syntetizovat do základní sady cílového zařízení. Transpiler passes zahrnuté v Qiskitu jsou umístěny v modulu qiskit.transpiler.passes.

Pass manager je objekt, který uchovává seznam transpiler passes a může je spouštět na obvodu. Pass manager vytvoříš inicializací PassManager se seznamem transpiler passes. Pro spuštění transpilace na obvodu zavolej metodu run s obvodem jako vstupem.

Staged pass manager je speciální druh pass manageru, který představuje vyšší úroveň abstrakce než běžný pass manager. Zatímco běžný pass manager se skládá z několika transpiler passes, staged pass manager se skládá z několika pass managerů. Jde o užitečnou abstrakci, protože transpilace obvykle probíhá v diskrétních fázích, jak je popsáno v části Fáze Transpileru, přičemž každou fázi reprezentuje jeden pass manager. Staged pass managery jsou reprezentovány třídou StagedPassManager. Zbývající část této stránky popisuje, jak (staged) pass managery vytvářet a přizpůsobovat.

Vygenerování přednastavených staged pass managerů

Pro vytvoření přednastavených staged pass managerů s rozumnými výchozími hodnotami použij funkci generate_preset_pass_manager:

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q numpy qiskit qiskit-ibm-runtime

from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.backend("ibm_fez")
pass_manager = generate_preset_pass_manager(
    optimization_level=3, backend=backend
)

Chceš-li transpilovat obvod nebo seznam obvodů pomocí pass manageru, předej obvod nebo seznam obvodů metodě run. Ukážeme si to na dvouqubitovém obvodu, který se skládá z Hadamardovy brány následované dvěma sousedními CX Gate:

from qiskit import QuantumRegister, QuantumCircuit

# Create a circuit
qubits = QuantumRegister(2, name="q")
circuit = QuantumCircuit(qubits)
a, b = qubits
circuit.h(a)
circuit.cx(a, b)
circuit.cx(b, a)

# Transpile it by calling the run method of the pass manager
transpiled = pass_manager.run(circuit)

# Draw it, excluding idle qubits from the diagram
transpiled.draw("mpl", idle_wires=False)

Output of the previous code cell

Popis možných argumentů funkce generate_preset_pass_manager najdeš v části Výchozí nastavení transpilace a možnosti konfigurace. Argumenty funkce generate_preset_pass_manager odpovídají argumentům funkce transpile.

Máš potíže se zapamatováním detailů pass managerů? Zkus se zeptat Qiskit Code Assistant.

Pokud přednastavené pass managery nesplňují tvé potřeby, můžeš transpilaci přizpůsobit vytvořením vlastních (staged) pass managerů nebo dokonce vlastních transpilačních passů. Zbývající část této stránky popisuje, jak vytvářet pass managery. Pokyny k vytváření transpilačních passů najdeš v části Napište si vlastní transpiler pass.

Vytvoření vlastního pass manageru

Modul qiskit.transpiler.passes obsahuje mnoho transpiler passes, které lze použít k vytváření pass managerů. Pass manager vytvoříš inicializací PassManager se seznamem passů. Například následující kód vytvoří transpiler pass, který sloučí sousední dvouqubitové Gate a poté je syntetizuje do základny $R_y$ , $R_z$ a $R_{xx}$ .

from qiskit.transpiler import PassManager
from qiskit.transpiler.passes import (
    Collect2qBlocks,
    ConsolidateBlocks,
    UnitarySynthesis,
)

basis_gates = ["rx", "ry", "rxx"]
translate = PassManager(
    [
        Collect2qBlocks(),
        ConsolidateBlocks(basis_gates=basis_gates),
        UnitarySynthesis(basis_gates),
    ]
)

Pro ukázku tohoto pass manageru v praxi ho otestuj na dvouqubitovém obvodu, který se skládá z Hadamardovy brány následované dvěma sousedními CX Gate:

from qiskit import QuantumRegister, QuantumCircuit

qubits = QuantumRegister(2, name="q")
circuit = QuantumCircuit(qubits)

a, b = qubits
circuit.h(a)
circuit.cx(a, b)
circuit.cx(b, a)

circuit.draw("mpl")

Output of the previous code cell

Chceš-li spustit pass manager na obvodu, zavolej metodu run.

translated = translate.run(circuit)
translated.draw("mpl")

Output of the previous code cell

Pokročilejší příklad ukazující, jak vytvořit pass manager pro implementaci techniky potlačení chyb známé jako dynamical decoupling, najdeš v části Vytvoření pass manageru pro dynamical decoupling.

Vytvoření staged pass manageru

StagedPassManager je pass manager skládající se z jednotlivých fází, přičemž každá fáze je definována instancí PassManager. StagedPassManager vytvoříš zadáním požadovaných fází. Například následující kód vytvoří staged pass manager se dvěma fázemi, init a translation. Fáze translation je definována pass managerem vytvořeným dříve.

from qiskit.transpiler import PassManager, StagedPassManager
from qiskit.transpiler.passes import UnitarySynthesis, Unroll3qOrMore

basis_gates = ["rx", "ry", "rxx"]
init = PassManager(
    [UnitarySynthesis(basis_gates, min_qubits=3), Unroll3qOrMore()]
)
staged_pm = StagedPassManager(
    stages=["init", "translation"], init=init, translation=translate
)

Počet fází, které lze vložit do staged pass manageru, není omezen.

Dalším užitečným způsobem, jak vytvořit staged pass manager, je začít s přednastavenými staged pass managery a poté vyměnit některé z fází. Například následující kód vygeneruje přednastavený pass manager s úrovní optimalizace 3 a poté specifikuje vlastní fázi pre_layout.

import numpy as np
from qiskit.circuit.library import HGate, PhaseGate, RXGate, TdgGate, TGate
from qiskit.transpiler.passes import InverseCancellation

pass_manager = generate_preset_pass_manager(3, backend)
inverse_gate_list = [
    HGate(),
    (RXGate(np.pi / 4), RXGate(-np.pi / 4)),
    (PhaseGate(np.pi / 4), PhaseGate(-np.pi / 4)),
    (TGate(), TdgGate()),
]
logical_opt = PassManager(
    [
        InverseCancellation(inverse_gate_list),
    ]
)

# Add pre-layout stage to run extra logical optimization
pass_manager.pre_layout = logical_opt

Funkce generátorů fází mohou být užitečné při sestavování vlastních pass managerů. Generují fáze, které poskytují běžnou funkčnost využívanou v mnoha pass managerech. Například generate_embed_passmanager lze použít ke generování fáze pro „vložení" vybraného počátečního Layout z layout passu na zadané cílové zařízení.

Další kroky

Doporučení

Napište si vlastní transpiler pass.
Vytvoření pass manageru pro dynamical decoupling.
Chceš-li se dozvědět více o funkci generate_preset_passmanager, viz téma Výchozí nastavení transpilace a možnosti konfigurace.
Vyzkoušej průvodce Porovnání nastavení Transpileru.
Prostuduj si dokumentaci API Transpileru.

Co je (staged) pass manager?​

Vygenerování přednastavených staged pass managerů​

Vytvoření vlastního pass manageru​

Vytvoření staged pass manageru​

Další kroky​

Co je (staged) pass manager?

Vygenerování přednastavených staged pass managerů

Vytvoření vlastního pass manageru

Vytvoření staged pass manageru

Další kroky