ハローパルス - Amazon Braket

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ハローパルス

ここでは、パルスを使って単純なベルペアを直接作成し、Rigettiこのパルスプログラムをデバイス上で実行する方法を学習します。ベルペアは、最初の量子ビットのアダマールゲートと、cnot 1番目と2番目の量子ビットの間にゲートが続く2量子ビットの回路です。パルスを使ってエンタングル状態を作り出すには、ハードウェアの種類とデバイスアーキテクチャに応じた特定のメカニズムが必要です。ゲートの作成にはネイティブのメカニズムは使用しません。cnot代わりに、czゲートをネイティブに有効にする特定の波形とフレームを使用します。この例では、単一量子ビットのネイティブゲートを使用してアダマールゲートを作成し、rxrzそのゲートをパルスを使って表現します。cz

まず、必要なライブラリをインポートしましょう。Circuitクラスに加えて、クラスもインポートする必要があります。PulseSequence

from braket.aws import AwsDevice
from braket.pulse import PulseSequence, ArbitraryWaveform, GaussianWaveform

from braket.circuits import Circuit
import braket.circuits.circuit as circuit

次に、デバイスの Amazon リソースネーム (ARN) を使用して新しい Braket デバイスをインスタンス化します。Rigetti Aspen-M-3Amazon Braket コンソールのデバイスページを参照して、Rigetti Aspen-M-3デバイスのレイアウトを確認してください。

a=10 #specifies the control qubit
b=113 #specifies the target qubit
device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-west-1::device/qpu/rigetti/Aspen-M-3")

Rigettiアダマールゲートはデバイスのネイティブゲートではないため、パルスと組み合わせて使用することはできません。そのため、とネイティブゲートのシーケンスに分解する必要があります。rx rz

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
@circuit.subroutine(register=True)
def rigetti_native_h(q0):
    return (
        Circuit()
        .rz(q0, np.pi)
        .rx(q0, np.pi/2)
        .rz(q0, np.pi/2)
        .rx(q0, -np.pi/2)
    )

czゲートには、ハードウェアプロバイダーがキャリブレーション段階で事前に決定したパラメーター (振幅、立ち上がり/立下り時間、持続時間) を含む任意の波形を使用します。この波形はに適用されます。q10_q113_cz_frameここで使用されている任意波形の最新バージョンについては、ウェブサイトの QCS を参照してください。RigettiQCS アカウントの作成が必要な場合があります。

a_b_cz_wfm = ArbitraryWaveform([0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.00017888439538396808, 0.00046751103636033026, 0.0011372942989106456, 0.002577059611929697, 0.005443941944632366, 0.010731922770068104, 0.01976701723583167, 0.03406712171899736, 0.05503285980691202, 0.08350670755829034, 0.11932853352131022, 0.16107456696238298, 0.20614055551722368, 0.2512065440720643, 0.292952577513137, 0.328774403476157, 0.3572482512275353, 0.3782139893154499, 0.3925140937986156, 0.40154918826437913, 0.4068371690898149, 0.4097040514225177, 0.41114381673553674, 0.411813599998087, 0.4121022266390633, 0.4122174383870584, 0.41226003881132406, 0.4122746298554775, 0.4122792591252675, 0.4122806196003006, 0.41228098995582513, 0.41228108334474756, 0.4122811051578895, 0.4122811098772742, 0.4122811108230642, 0.4122811109986316, 0.41228111102881937, 0.41228111103362725, 0.4122811110343365, 0.41228111103443343, 0.4122811110344457, 0.4122811110344471, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.41228111103444737, 0.4122811110344471, 0.4122811110344457, 0.41228111103443343, 0.4122811110343365, 0.41228111103362725, 0.41228111102881937, 0.4122811109986316, 0.4122811108230642, 0.4122811098772742, 0.4122811051578895, 0.41228108334474756, 0.41228098995582513, 0.4122806196003006, 0.4122792591252675, 0.4122746298554775, 0.41226003881132406, 0.4122174383870584, 0.4121022266390633, 0.411813599998087, 0.41114381673553674, 0.4097040514225176, 0.4068371690898149, 0.40154918826437913, 0.3925140937986155, 0.37821398931544986, 0.3572482512275351, 0.32877440347615655, 0.2929525775131368, 0.2512065440720641, 0.20614055551722307, 0.16107456696238268, 0.11932853352131002, 0.08350670755829034, 0.05503285980691184, 0.03406712171899729, 0.01976701723583167, 0.010731922770068058, 0.005443941944632366, 0.002577059611929697, 0.0011372942989106229, 0.00046751103636033026, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0])
a_b_cz_frame = device.frames[f'q{a}_q{b}_cz_frame']

dt = a_b_cz_frame.port.dt
a_b_cz_wfm_duration = len(a_b_cz_wfm.amplitudes)*dt
print('CZ pulse duration:', a_b_cz_wfm_duration*1e9, 'ns')

これにより以下が返されるはずです。

CZ pulse duration: 124 ns

これで、cz先ほど定義した波形を使用してゲートを構築できます。制御量子ビットがその状態の場合、czゲートはターゲット量子ビットの位相反転で構成されていることを思い出してください。|1>

phase_shift_a=1.1733407221086924
phase_shift_b=6.269846678712192

a_rf_frame = device.frames[f'q{a}_rf_frame']
b_rf_frame = device.frames[f'q{b}_rf_frame']

frames = [a_rf_frame, b_rf_frame, a_b_cz_frame]

cz_pulse_sequence = (
    PulseSequence()
    .barrier(frames)
    .play(a_b_cz_frame, a_b_cz_wfm)
    .delay(a_rf_frame, a_b_cz_wfm_duration)
    .shift_phase(a_rf_frame, phase_shift_a)
    .delay(b_rf_frame, a_b_cz_wfm_duration)
    .shift_phase(b_rf_frame, phase_shift_b)
    .barrier(frames)
)

a_b_cz_wfm波形はファストフラックスポートに接続されたフレームで再生されます。その役割は、量子ビットの周波数をシフトさせて量子ビットと量子ビットの相互作用を活性化させることです。詳細については、「フレームとポートの役割」を参照してください。周波数が変化すると、量子ビットフレームは、そのままの単一量子ビットフレームとは異なる速度で回転します。rf後者の量子ビットフレームは位相が下がります。Ramseyこれらの位相シフトはシーケンスによって事前にキャリブレーションされており、ここではと (全周期) を介してハードコードされた情報として提供されています。phase_shift_a phase_shift_bこの位相低下は、フレーム上の指示に従って修正しています。shift_phase rfなお、このシーケンスは、XYa量子ビットに関連するフレームがないプログラムでのみ機能しb、これらのフレームで発生する位相シフトを補正しないため、使用されることに注意してください。これは、rfczとフレームのみを使用するこのシングルベルペアプログラムの場合です。詳細については、Caldwell らを参照してください。 。

これで、パルスを使ったベルペアを作る準備ができました。

bell_circuit_pulse = (
    Circuit()
    .rigetti_native_h(a)
    .rigetti_native_h(b)
    .pulse_gate([a, b], cz_pulse_sequence)
    .rigetti_native_h(b)
)
print(bell_circuit_pulse)
T  : |   0    |   1    |   2    |    3    |4 |   5    |   6    |   7    |    8    |

q5 : -Rz(3.14)-Rx(1.57)-Rz(1.57)-Rx(-1.57)-PG--------------------------------------
                                           |
q6 : -Rz(3.14)-Rx(1.57)-Rz(1.57)-Rx(-1.57)-PG-Rz(3.14)-Rx(1.57)-Rz(1.57)-Rx(-1.57)-

T  : |   0    |   1    |   2    |    3    |4 |   5    |   6    |   7    |    8    |

この Bell Rigetti ペアをデバイス上で実行してみましょう。このコードブロックを実行すると料金が発生するので注意してください。これらの費用の詳細については、Amazon Braket 料金表ページを参照してください。ショット数を増やす前に、回路を少量のショットでテストして、デバイス上で動作することを確認することをお勧めします。

task = device.run(bell_pair_pulses, shots=100)

counts = task.result().measurement_counts

plt.bar(sorted(counts), [counts[k] for k in sorted(counts)])
PulseControlCounts