Compare simuladores

Esta seção ajuda você a selecionar o simulador Amazon Braket mais adequado para sua tarefa quântica, descrevendo alguns conceitos, limitações e casos de uso.

Escolha entre simuladores locais e simuladores sob demanda (SV1,,) TN1 DM1

O desempenho dos simuladores locais depende do hardware que hospeda o ambiente local, como uma instância do notebook Braket, usada para executar seu simulador. Os simuladores sob demanda são executados na AWS nuvem e projetados para escalar além dos ambientes locais típicos. Os simuladores sob demanda são otimizados para circuitos maiores, mas adicionam alguma sobrecarga de latência por tarefa quântica ou lote de tarefas quânticas. Isso pode implicar uma compensação se muitas tarefas quânticas estiverem envolvidas. Dadas essas características gerais de desempenho, a orientação a seguir pode ajudá-lo a escolher como executar simulações, inclusive aquelas com ruído.

Para simulações:

• Ao empregar menos de 18qubits, use um simulador local.

• Ao empregar de 18 a 24 anosqubits, escolha um simulador com base na carga de trabalho.

• Ao empregar mais de 24qubits, use um simulador sob demanda.

Para simulações de ruído:

• Ao empregar menos de 9qubits, use um simulador local.

• Ao empregar 9—12qubits, escolha um simulador com base na carga de trabalho.

• Ao empregar mais de 12qubits, useDM1.

O que é um simulador vetorial de estado?

SV1é um simulador vetorial de estado universal. Ele armazena a função de onda completa do estado quântico e aplica sequencialmente as operações de porta ao estado. Ele armazena todas as possibilidades, mesmo as extremamente improváveis. O tempo de execução do SV1 simulador para uma tarefa quântica aumenta linearmente com o número de portas no circuito.

O que é um simulador de matriz de densidade?

DM1simula circuitos quânticos com ruído. Ele armazena a matriz de densidade total do sistema e aplica sequencialmente as portas e as operações de ruído do circuito. A matriz de densidade final contém informações completas sobre o estado quântico após a execução do circuito. O tempo de execução geralmente é escalonado linearmente com o número de operações e exponencialmente com o número de. qubits

O que é um simulador de rede tensorial?

TN1codifica circuitos quânticos em um gráfico estruturado.

• Os nós do gráfico consistem em portas quânticas, ouqubits.

• As bordas do gráfico representam conexões entre portas.

Como resultado dessa estrutura, TN1 pode encontrar soluções simuladas para circuitos quânticos relativamente grandes e complexos.

TN1requer duas fases

Normalmente, TN1 opera em uma abordagem de duas fases para simular a computação quântica.

• A fase de ensaio: nesta fase, TN1 surge uma maneira de percorrer o gráfico de maneira eficiente, o que envolve visitar cada nó para que você possa obter a medida desejada. Como cliente, você não vê essa fase porque TN1 executa as duas fases juntas para você. Ele conclui a primeira fase e determina se deve realizar a segunda fase por conta própria, com base em restrições práticas. Você não tem nenhuma participação nessa decisão após o início da simulação.

• A fase de contração: Essa fase é análoga à fase de execução de uma computação em um computador clássico. A fase consiste em uma série de multiplicações de matrizes. A ordem dessas multiplicações tem um grande efeito na dificuldade do cálculo. Portanto, a fase de ensaio é realizada primeiro para encontrar os caminhos de computação mais eficazes no gráfico. Depois de encontrar o caminho da contração durante a fase de ensaio, TN1 contrai as portas do circuito para produzir os resultados da simulação.

TN1gráficos são análogos a um mapa

Metaforicamente, você pode comparar o TN1 gráfico subjacente com as ruas de uma cidade. Em uma cidade com uma grade planejada, é fácil encontrar uma rota para seu destino usando um mapa. Em uma cidade com ruas não planejadas, nomes de ruas duplicados e assim por diante, pode ser difícil encontrar uma rota para seu destino consultando um mapa.

Se TN1 não realizasse a fase de ensaio, seria como andar pelas ruas da cidade para encontrar seu destino, em vez de olhar primeiro um mapa. Em termos de tempo de caminhada, pode realmente valer a pena passar mais tempo olhando o mapa. Da mesma forma, a fase de ensaio fornece informações valiosas.

Você pode dizer que ele TN1 tem uma certa “consciência” da estrutura do circuito subjacente que ele atravessa. Ele ganha essa consciência durante a fase de ensaio.

Tipos de problemas mais adequados para cada um desses tipos de simuladores

SV1é adequado para qualquer classe de problemas que dependa principalmente de um certo número qubits de portas. Geralmente, o tempo necessário cresce linearmente com o número de portas, embora não dependa do número deshots. SV1geralmente é mais rápido do que TN1 para circuitos abaixo de 28qubits.

SV1pode ser mais lento para qubit números maiores porque, na verdade, simula todas as possibilidades, mesmo as extremamente improváveis. Não há como determinar quais resultados são prováveis. Assim, para uma 30-qubit avaliação, é SV1 necessário calcular 2^30 configurações. O limite de 34 qubits para o SV1 simulador Amazon Braket é uma restrição prática devido às limitações de memória e armazenamento. Você pode pensar assim: cada vez que você adiciona um qubit aSV1, o problema se torna duas vezes mais difícil.

Para muitas classes de problemas, é TN1 possível avaliar circuitos muito maiores em tempo real do que SV1 porque TN1 tira proveito da estrutura do gráfico. Essencialmente, ele acompanha a evolução das soluções desde o início e retém apenas as configurações que contribuem para uma travessia eficiente. Em outras palavras, ele salva as configurações para criar uma ordem de multiplicação de matrizes que resulta em um processo de avaliação mais simples.

PoisTN1, o número qubits e as portas são importantes, mas a estrutura do gráfico é muito mais importante. Por exemplo, TN1 é muito bom para avaliar circuitos (gráficos) nos quais as portas são de curto alcance (ou seja, cada uma qubit é conectada por portas somente ao vizinho mais próximoqubits) e circuitos (gráficos) nos quais as conexões (ou portas) têm alcance semelhante. Um intervalo típico TN1 é fazer com que cada um qubit fale apenas com outro qubits que esteja a 5 qubits de distância. Se a maior parte da estrutura puder ser decomposta em relacionamentos mais simples, como esses, que podem ser representados em matrizes maiores, menores ou mais uniformes, TN1 realiza a avaliação facilmente.

Limitações do TN1

TN1pode ser mais lento do que SV1 depender da complexidade estrutural do gráfico. Para determinados gráficos, TN1 encerra a simulação após a fase de ensaio e mostra um status deFAILED, por qualquer um desses dois motivos:

• Não é possível encontrar um caminho — Se o gráfico for muito complexo, é muito difícil encontrar um bom caminho de travessia e o simulador desiste do cálculo. TN1não consegue realizar a contração. Você pode ver uma mensagem de erro semelhante a esta: No viable contraction path found.

• O estágio de contração é muito difícil — Em alguns gráficos, é TN1 possível encontrar um caminho de travessia, mas é muito longo e demorado de avaliar. Nesse caso, a contração é tão cara que o custo seria proibitivo e, em vez disso, TN1 sai após a fase de ensaio. Você pode ver uma mensagem de erro semelhante a esta: Predicted runtime based on best contraction path found exceeds TN1 limit.

nota

Você é cobrado pela fase de ensaio, TN1 mesmo que a contração não seja realizada e você veja um status. FAILED

O tempo de execução previsto também depende da shot contagem. Na pior das hipóteses, o tempo de TN1 contração depende linearmente da contagem. shot O circuito pode ser contratável com menos. shots Por exemplo, você pode enviar uma tarefa quântica com 100shots, que TN1 decide ser incontratável, mas se você reenviar com apenas 10, a contração prossegue. Nessa situação, para obter 100 amostras, você poderia enviar 10 tarefas quânticas de 10 shots para o mesmo circuito e combinar os resultados no final.

Como prática recomendada, recomendamos que você sempre teste seu circuito ou classe de circuito com alguns shots (por exemplo, 10) para descobrir a resistência do seu circuitoTN1, antes de prosseguir com um número maior deshots.

nota

A série de multiplicações que forma a fase de contração começa com pequenas matrizes NxN. Por exemplo, um 2-qubit portão requer uma matriz 4x4. As matrizes intermediárias necessárias durante uma contração considerada muito difícil são gigantescas. Esse cálculo exigiria dias para ser concluído. É por isso que Amazon Braket não tenta contrações extremamente complexas.

Simultaneidade

Todos os simuladores Braket oferecem a capacidade de executar vários circuitos simultaneamente. Os limites de simultaneidade variam de acordo com o simulador e a região. Para obter mais informações sobre limites de simultaneidade, consulte a página Cotas.