Compare los simuladores

Esta sección le ayuda a seleccionar el simulador Amazon Braket que mejor se adapte a su tarea cuántica, describiendo algunos conceptos, limitaciones y casos de uso.

Elegir entre simuladores locales y simuladores bajo demanda (SV1,,) TN1 DM1

El rendimiento de los simuladores locales depende del hardware que aloja el entorno local, como una instancia de Braket Notebook, utilizada para ejecutar el simulador. Los simuladores bajo demanda se ejecutan en la AWS nube y están diseñados para ampliarse más allá de los entornos locales típicos. Los simuladores bajo demanda están optimizados para circuitos más grandes, pero añaden cierta sobrecarga de latencia por tarea cuántica o lote de tareas cuánticas. Esto puede implicar una compensación si se trata de muchas tareas cuánticas. Dadas estas características generales de rendimiento, la siguiente guía puede ayudarle a elegir cómo ejecutar las simulaciones, incluidas las que tienen ruido.

Para simulaciones:

• Si emplea a menos de 18 personasqubits, utilice un simulador local.

• Si emplea entre 18 y 24 añosqubits, elija un simulador en función de la carga de trabajo.

• Si emplea a más de 24 personasqubits, utilice un simulador a pedido.

Para simulaciones de ruido:

• Si emplea menos de 9qubits, utilice un simulador local.

• Cuando emplee de 9 a 12 añosqubits, elija un simulador en función de la carga de trabajo.

• Cuando emplee a más de 12qubits, utilice. DM1

¿Qué es un simulador de vectores de estado?

SV1es un simulador de vectores de estado universal. Almacena la función de onda completa del estado cuántico y aplica secuencialmente las operaciones de compuerta al estado. Almacena todas las posibilidades, incluso las más improbables. El tiempo de ejecución del SV1 simulador para una tarea cuántica aumenta linealmente con el número de puertas en el circuito.

¿Qué es un simulador de matriz de densidad?

DM1simula circuitos cuánticos con ruido. Almacena la matriz de densidad completa del sistema y aplica secuencialmente las compuertas y las operaciones de ruido del circuito. La matriz de densidad final contiene información completa sobre el estado cuántico una vez que se ejecuta el circuito. El tiempo de ejecución generalmente se escala linealmente con el número de operaciones y exponencialmente con el número de. qubits

¿Qué es un simulador de redes tensoriales?

TN1codifica los circuitos cuánticos en un gráfico estructurado.

• Los nodos del grafo consisten en puertas cuánticas, oqubits.

• Los bordes del gráfico representan las conexiones entre las compuertas.

Como resultado de esta estructura, TN1 se pueden encontrar soluciones simuladas para circuitos cuánticos relativamente grandes y complejos.

TN1requiere dos fases

Por lo general, TN1 opera en un enfoque de dos fases para simular la computación cuántica.

• La fase de ensayo: En esta fase, TN1 se busca una forma de recorrer el gráfico de manera eficiente, lo que implica visitar todos los nodos para que pueda obtener la medida que desee. Como cliente, no ve esta fase porque TN1 realiza ambas fases juntas para usted. Completa la primera fase y determina si se debe realizar la segunda fase por sí sola en función de las limitaciones prácticas. Una vez comenzada la simulación, no tiene nada que ver con esa decisión.

• La fase de contracción: esta fase es análoga a la fase de ejecución de un cálculo en un ordenador clásico. La fase consiste en una serie de multiplicaciones de matrices. El orden de estas multiplicaciones tiene un gran efecto en la dificultad del cálculo. Por lo tanto, la fase de ensayo se lleva a cabo primero para encontrar las rutas de cálculo más eficaces a lo largo del gráfico. Cuando encuentre la trayectoria de contracción durante la fase de ensayo, TN1 contrae las compuertas del circuito para obtener los resultados de la simulación.

TN1los gráficos son análogos a un mapa

Metafóricamente, se puede comparar el TN1 gráfico subyacente con las calles de una ciudad. En una ciudad con una cuadrícula planificada, es fácil encontrar una ruta a tu destino mediante un mapa. En una ciudad con calles no planificadas, nombres de calles duplicados, etc., puede resultar difícil encontrar una ruta a tu destino consultando un mapa.

Si TN1 no realizas la fase de ensayo, sería como caminar por las calles de la ciudad para encontrar tu destino, en lugar de mirar primero un mapa. Pasar más tiempo mirando el mapa puede dar sus frutos en términos de tiempo de caminata. Del mismo modo, la fase de ensayo proporciona información valiosa.

Se podría decir que TN1 tiene cierta «conciencia» de la estructura del circuito subyacente por el que atraviesa. Adquiere esta conciencia durante la fase de ensayo.

Tipos de problemas más adecuados para cada uno de estos tipos de simuladores

SV1es ideal para cualquier clase de problemas que se basen principalmente en tener un número determinado de puertas qubits y compuertas. Por lo general, el tiempo necesario crece de forma lineal con el número de puertas, aunque no depende del número de ellas. shots SV1es generalmente más rápido que TN1 para los circuitos de menos de 28qubits.

SV1puede ser más lento para qubit números más altos porque en realidad simula todas las posibilidades, incluso las más improbables. No tiene forma de determinar qué resultados son probables. Por lo tanto, para una 30-qubit evaluación, SV1 debe calcular 2^30 configuraciones. El límite de 34 qubits para el SV1 simulador Amazon Braket es una restricción práctica debido a las limitaciones de memoria y almacenamiento. Puedes pensarlo así: cada vez que añades un qubit aSV1, el problema se vuelve el doble de difícil.

Para muchas clases de problemas, TN1 puede evaluar circuitos mucho más grandes en un tiempo realista que SV1 porque TN1 aprovecha la estructura de la gráfica. Básicamente, hace un seguimiento de la evolución de las soluciones desde su punto de partida y conserva solo las configuraciones que contribuyen a un recorrido eficiente. Dicho de otro modo, guarda las configuraciones para crear un orden de multiplicación de matrices que resulta en un proceso de evaluación más simple.

TN1Pues el número de compuertas qubits y es importante, pero la estructura de la gráfica importa mucho más. Por ejemplo, TN1 es muy bueno para evaluar circuitos (gráficos) en los que las compuertas son de corto alcance (es decir, cada una qubit está conectada por compuertas únicamente a su vecina más cercanaqubits) y circuitos (gráficos) en los que las conexiones (o compuertas) tienen un alcance similar. Un rango típico TN1 es hacer que cada una se qubit comunique solo con otras qubits que estén a 5 qubits minutos de distancia. Si la mayor parte de la estructura se puede descomponer en relaciones más simples como estas, que se pueden representar en matrices más pequeñas o más uniformes, TN1 realiza la evaluación fácilmente.

Limitaciones de TN1

TN1puede ser más lento que en SV1 función de la complejidad estructural del gráfico. En algunos gráficos, TN1 finaliza la simulación después de la fase de ensayo y muestra un estado deFAILED, por una de estas dos razones:

• No se puede encontrar una ruta: si el gráfico es demasiado complejo, es muy difícil encontrar una buena trayectoria transversal y el simulador abandona el cálculo. TN1no puede realizar la contracción. Es posible que veas un mensaje de error similar a este: No viable contraction path found.

• La etapa de contracción es demasiado difícil: en algunos gráficos, TN1 se puede encontrar una trayectoria transversal, pero su evaluación es muy larga y requiere mucho tiempo. En este caso, la contracción es tan cara que el coste sería prohibitivo y, en TN1 cambio, se produce tras la fase de ensayo. Es posible que veas un mensaje de error similar a este: Predicted runtime based on best contraction path found exceeds TN1 limit.

nota

Se le facturará la fase de ensayo o, TN1 aunque no se realice la contracción, y verá un estado. FAILED

El tiempo de ejecución previsto también depende del recuento. shot En el peor de los casos, el tiempo de TN1 contracción depende linealmente del recuento. shot El circuito puede contraerse con menos. shots Por ejemplo, puedes enviar una tarea cuántica con 100shots, lo que TN1 determina que es incontratable, pero si vuelves a presentarla con solo 10, la contracción continúa. En este caso, para obtener 100 muestras, podrías enviar 10 tareas cuánticas de 10 shots para el mismo circuito y, al final, combinar los resultados.

Como práctica recomendada, te recomendamos que pruebes siempre tu circuito o clase de circuito con unas cuantas shots (por ejemplo, 10) para saber qué tan duro es el circuitoTN1, antes de proceder con un número mayor deshots.

nota

La serie de multiplicaciones que forma la fase de contracción comienza con matrices pequeñas de NxN. Por ejemplo, una 2-qubit puerta requiere una matriz de 4 x 4. Las matrices intermedias que se requieren durante una contracción que se considera demasiado difícil son gigantescas. Un cálculo de este tipo tardaría días en completarse. Por eso Amazon Braket no intenta realizar contracciones extremadamente complejas.

Concurrency (Simultaneidad)

Todos los simuladores Braket te permiten ejecutar varios circuitos al mismo tiempo. Los límites de simultaneidad varían según el simulador y la región. Para obtener más información sobre los límites de simultaneidad, consulta la página de cuotas.