Gunakan PennyLane dengan Amazon Braket

Algoritma hibrida adalah algoritma yang berisi instruksi klasik dan kuantum. Instruksi klasik dijalankan pada perangkat keras klasik (instans EC2 atau laptop Anda), dan instruksi kuantum dijalankan baik pada simulator atau pada komputer kuantum. Kami menyarankan Anda menjalankan algoritma hybrid menggunakan fitur Hybrid Jobs. Untuk informasi selengkapnya, lihat Kapan menggunakan Pekerjaan Amazon Braket.

AmazonBraket memungkinkan Anda untuk mengatur dan menjalankan algoritma kuantum hybrid dengan bantuan PennyLane plugin Braket, atau dengan Amazon Braket Amazon Python SDK dan contoh repositori notebook. Amazon Braket contoh notebook, berdasarkan SDK, memungkinkan Anda untuk mengatur dan menjalankan algoritma hybrid tertentu tanpa plugin. PennyLane Namun, kami merekomendasikan PennyLane karena memberikan pengalaman yang lebih kaya.

Tentang algoritma kuantum hibrida

Algoritma kuantum hibrida penting bagi industri saat ini karena perangkat komputasi kuantum kontemporer umumnya menghasilkan noise, dan karenanya, kesalahan. Setiap gerbang kuantum yang ditambahkan ke komputasi meningkatkan kemungkinan menambahkan noise; oleh karena itu, algoritma yang berjalan lama dapat kewalahan oleh noise, yang menghasilkan komputasi yang salah.

Algoritma kuantum murni seperti Shor (contoh Estimasi Fase Kuantum) atau Grover (contoh Grover) membutuhkan ribuan, atau jutaan, operasi. Karena alasan ini, mereka tidak praktis untuk perangkat kuantum yang ada, yang umumnya disebut perangkat (NISQ) kuantum berisikskala menengah.

Dalam algoritme kuantum hibrid, unit pemrosesan kuantum (QPU) bekerja sebagai co-prosesor untuk CPU klasik, khususnya untuk mempercepat penghitungan tertentu dalam algoritme klasik. Eksekusi sirkuit menjadi jauh lebih pendek, dalam jangkauan kemampuan perangkat saat ini.

Amazon Braket dengan PennyLane

AmazonBraket menyediakan dukungan untuk PennyLane, kerangka kerja perangkat lunak open-source yang dibangun di sekitar konsep pemrograman kuantum yang dapat dibedakan. Anda dapat menggunakan kerangka kerja ini untuk melatih sirkuit kuantum dengan cara yang sama seperti Anda melatih jaringan saraf untuk menemukan solusi untuk masalah komputasi dalam kimia kuantum, pembelajaran mesin kuantum, dan optimasi.

PennyLane Perpustakaan menyediakan antarmuka ke alat pembelajaran mesin yang sudah dikenal, termasuk PyTorch dan TensorFlow, untuk membuat sirkuit kuantum pelatihan cepat dan intuitif.

• PennyLane Perpustakaan -- PennyLane sudah diinstal sebelumnya di notebook Amazon Braket. Untuk akses ke perangkat Amazon Braket dari PennyLane, buka buku catatan dan impor PennyLane perpustakaan dengan perintah berikut.

import pennylane as qml

Notebook tutorial membantu Anda memulai dengan cepat. Atau, Anda dapat menggunakan PennyLane Amazon Braket dari IDE pilihan Anda.

• PennyLane Plugin Amazon Braket — Untuk menggunakan IDE Anda sendiri, Anda dapat menginstal PennyLane plugin Amazon Braket secara manual. Plugin terhubung PennyLane dengan Amazon Braket Python SDK, sehingga Anda dapat menjalankan sirkuit di perangkat Braket. PennyLane Amazon Untuk menginstal PennyLane plugin, gunakan perintah berikut.

pip install amazon-braket-pennylane-plugin

Contoh berikut menunjukkan cara mengatur akses ke perangkat Amazon Braket di: PennyLane

# to use SV1
import pennylane as qml
sv1 = qml.device("braket.aws.qubit", device_arn="arn:aws:braket:::device/quantum-simulator/amazon/sv1", wires=2)

# to run a circuit:
@qml.qnode(sv1)
def circuit(x):
    qml.RZ(x, wires=0)
    qml.CNOT(wires=[0,1])
    qml.RY(x, wires=1)
    return qml.expval(qml.PauliZ(1))

result = circuit(0.543)


#To use the local sim:
local = qml.device("braket.local.qubit", wires=2)

Untuk contoh tutorial dan informasi selengkapnya PennyLane, lihat repositori contoh Amazon Braket.

PennyLane Plugin Amazon Braket memungkinkan Anda untuk beralih antara Amazon Braket QPU dan perangkat simulator tertanam PennyLane dengan satu baris kode. Ini menawarkan dua perangkat kuantum Amazon Braket untuk bekerja dengan PennyLane:

• braket.aws.qubituntuk berjalan dengan perangkat kuantum layanan Amazon Braket, termasuk QPU dan simulator

• braket.local.qubituntuk berjalan dengan simulator lokal Amazon Braket SDK

PennyLane Plugin Amazon Braket adalah open source. Anda dapat menginstalnya dari GitHub repositori PennyLane Plugin.

Untuk informasi lebih lanjut tentang PennyLane, lihat dokumentasi di PennyLane situs web.

Algoritme hibrid di notebook contoh Amazon Braket

AmazonBraket memang menyediakan berbagai contoh notebook yang tidak bergantung pada PennyLane plugin untuk menjalankan algoritma hybrid. Anda dapat memulai dengan salah satu dari notebook contoh hibrid Amazon Braket yang menggambarkan metode variasional, seperti Algoritme Pengoptimuman Perkiraan Kuantum (QAOA) atau Variational Quantum Eigensolver (VQE).

Notebook contoh Amazon Braket mengandalkan SDK Python Amazon Braket. SDK menyediakan kerangka kerja untuk berinteraksi dengan perangkat keras komputasi kuantum melalui Amazon Braket. Ini adalah pustaka open source yang dirancang untuk membantu Anda dengan bagian kuantum dari alur kerja hibrida Anda.

Anda dapat menjelajahi Amazon Braket lebih lanjut dengan contoh notebook kami.

Algoritma hybrid dengan simulator tertanam PennyLane

AmazonBraket Hybrid Jobs sekarang hadir dengan simulator tertanam berbasis CPU dan GPU berkinerja tinggi dari. PennyLane Keluarga simulator tertanam ini dapat disematkan langsung di dalam wadah pekerjaan hibrida Anda dan mencakup lightning.qubit simulator vektor status cepat, simulator yang dipercepat menggunakan perpustakaan CuQuantum NVIDIA, dan lainnya. lightning.gpu Simulator tertanam ini sangat cocok untuk algoritma variasional seperti pembelajaran mesin kuantum yang dapat mengambil manfaat dari metode canggih seperti metode diferensiasi adjoint. Anda dapat menjalankan simulator tertanam ini pada satu atau beberapa instance CPU atau GPU.

Dengan Hybrid Jobs, Anda sekarang dapat menjalankan kode algoritma variasional Anda menggunakan kombinasi co-prosesor klasik dan QPU, simulator sesuai permintaan Amazon Braket sepertiSV1, atau langsung menggunakan simulator tertanam dari. PennyLane

Simulator tertanam sudah tersedia dengan wadah Hybrid Jobs, Anda hanya perlu menghias fungsi Python utama Anda dengan dekorator. @hybrid_job Untuk menggunakan PennyLane lightning.gpu simulator, Anda juga perlu menentukan instance GPU InstanceConfig seperti yang ditunjukkan pada cuplikan kode berikut:

import pennylane as qml
from braket.jobs import hybird_job
from braket.jobs.config import InstanceConfig


@hybrid_job(device="local:pennylane/lightning.gpu", instance_config=InstanceConfig(instanceType="ml.p3.8xlarge"))
def function(wires):
    dev = qml.device("lightning.gpu", wires=wires)
    ...

Lihat contoh notebook untuk memulai menggunakan simulator PennyLane tertanam dengan Hybrid Jobs.

Gradien bersebelahan menyala PennyLane dengan simulator Amazon Braket

Dengan PennyLane plugin untuk Amazon Braket, Anda dapat menghitung gradien menggunakan metode diferensiasi adjoint saat berjalan di simulator vektor status lokal atau SV1.

Catatan: Untuk menggunakan metode diferensiasi adjoint, Anda harus menentukan diff_method='device' dalam metode Andaqnode, dan bukan. diff_method='adjoint' Lihat contoh berikut ini.

device_arn = "arn:aws:braket:::device/quantum-simulator/amazon/sv1"
dev = qml.device("braket.aws.qubit", wires=wires, shots=0, device_arn=device_arn)
                
@qml.qnode(dev, diff_method="device")
def cost_function(params):
    circuit(params)
    return qml.expval(cost_h)

gradient = qml.grad(circuit)
initial_gradient = gradient(params0)

catatan

Saat ini, PennyLane akan menghitung indeks pengelompokan untuk QAOA Hamiltonians dan menggunakannya untuk membagi Hamiltonian menjadi beberapa nilai ekspektasi. Jika Anda ingin menggunakan kemampuan diferensiasi adjoint SV1 saat menjalankan QAOA dariPennyLane, Anda perlu merekonstruksi biaya Hamiltonian dengan menghapus indeks pengelompokan, seperti: cost_h, mixer_h = qml.qaoa.max_clique(g, constrained=False) cost_h = qml.Hamiltonian(cost_h.coeffs, cost_h.ops)