比較模擬器

本節透過描述一些概念、限制和使用案例，協助您選擇最適合您量子任務的 Amazon Braket 模擬器。

在本機模擬器和隨選模擬器之間進行選擇 (SV1, TN1, DM1)

本機模擬器的效能取決於主控本機環境的硬體，例如用來執行模擬器的 Braket 筆記本執行個體。按需模擬器在 AWS 雲端和設計用來擴充超越典型的本機環境。按需模擬器針對較大的電路進行了優化，但是每個量子任務或批次量子任務會增加一些延遲開銷。如果涉及許多量子任務，這可能意味著取捨。鑑於這些一般性能特性，以下指南可以幫助您選擇如何運行模擬，包括具有噪音的模擬。

對於模擬：

• 當僱用少於 18 qubits，使用本地模擬器。

• 當僱用 18 至 24 歲時 qubits，根據工作負載選擇模擬器。

• 當僱用超過 24 qubits，使用按需模擬器。

對於噪音模擬：

• 當僱用少於 9 qubits，使用本地模擬器。

• 當僱用 9—12 時 qubits，根據工作負載選擇模擬器。

• 當僱用超過 12 qubits，使用 DM1.

什麼是狀態向量模擬器？

SV1 是一個通用狀態向量模擬器。它存儲量子狀態的全波函數，並依次將門操作應用於狀態。它存儲了所有可能性，即使是極不可能的可能性。所以此 SV1 模擬器的量子任務運行時間隨著電路中門的數量線性增加。

什麼是密度矩陣模擬器？

DM1 用噪聲模擬量子電路。它儲存系統的完整密度矩陣，並依序套用電路的閘極和雜訊操作。最終密度矩陣包含有關電路運行後量子狀態的完整信息。執行階段通常會隨著作業數目線性縮放，並以指數方式與 qubits.

什麼是張量網絡模擬器？

TN1 將量子電路編碼成結構化圖形。

• 圖的節點由量子門組成，或 qubits.

• 圖形的邊緣代表灌嘴之間的連接。

作為這種結構的結果，TN1 可以找到相對較大和複雜的量子電路的模擬解決方案。

TN1 需要兩個階段

通常,TN1 在模擬量子計算的兩相方法中運行。

• 排練階段：在這個階段，TN1 想出了一種以有效的方式遍歷圖形的方法，其中涉及訪問每個節點，以便您可以獲得所需的測量結果。作為客戶，您看不到此階段，因為 TN1 一起為您執行這兩個階段。它完成了第一階段，並確定是否根據實際約束自己執行第二階段。模擬開始後，您對該決定沒有任何輸入。

• 收縮階段：此階段類似於傳統計算機中計算的執行階段。該階段由一系列矩陣乘法組成。這些乘法的順序對計算難度有很大的影響。因此，排練階段首先完成，以便在圖中找到最有效的計算路徑。在排練階段找到收縮路徑之後 TN1 將電路的灌嘴收合在一起，以產生模擬的結果。

TN1 圖表類似於地圖

比喻上，你可以比較底層 TN1 圖表, 到, the, 街道,... 在具有計劃網格的城市中，使用地圖很容易找到到達目的地的路線。在沒有規劃的街道，街道名稱重複等的城市中，通過查看地圖可能很難找到到達目的地的路線。

If TN1 沒有進行排練階段，就像在城市的街道上漫步以找到您的目的地，而不是先看地圖。它真的可以在步行時間方面得到回報，花更多的時間看地圖。同樣，排練階段提供了有價值的信息。

你可能會說 TN1 對其所遍歷的基礎電路的結構具有一定的「認識」。它在排練階段獲得了這種意識。

最適合於每種類型的模擬器的問題類型

SV1 非常適合於主要依賴於具有一定數量的任何類別的問題 qubits 和大門。通常，所需的時間隨著門的數量呈線性增長，而不取決於門的數量 shots. SV1 通常比 TN1 適用於 28 歲以下電路 qubits.

SV1 可以更慢 qubit 數字，因為它實際上模擬了所有可能性，即使是極不可能的可能性。它沒有辦法確定哪些結果是可能的。因此，對於 30-qubit 評估，SV1 必須計算 2^30 個組態。三十四的極限 qubits 為了 Amazon 布拉基特 SV1 由於內存和存儲限制，模擬器是一個實際的約束。你可以這樣想：每次添加一個 qubit 至 SV1，問題變得困難的兩倍。

對於許多類別的問題，TN1 可以在現實時間內評估比更大的電路 SV1 因為 TN1 利用圖形的結構。它基本上從起始位置跟踪解決方案的演變，並且只保留有助於高效遍歷的配置。換句話說，它保存了配置以創建矩陣乘法的順序，從而導致更簡單的評估過程。

用於 TN1，數量 qubits 和門很重要，但圖形的結構更重要。例如 TN1 非常擅長評估閘極短距離（即每個門）的電路（圖形） qubit 僅通過門連接到最近的鄰居 qubits）和電路（圖形），其中的連接（或門）具有相似的範圍。一個典型的範圍 TN1 正在有每個 qubit 只與其他人交談 qubits 那是 5 qubits 離開。如果大部分結構可以分解成更簡單的關係，例如這些關係，則可以用更多，更小或更均勻的矩陣來表示，TN1 輕鬆執行評估。

的局限性 TN1

TN1 可以慢於 SV1 取決於圖形的結構複雜性。對於某些圖形，TN1 排練階段之後終止模擬，並顯示狀態FAILED，原因如下兩個：

• 找不到路徑-如果圖形太複雜，則很難找到一個好的遍歷路徑，並且模擬器放棄了計算。TN1 不能執行收縮。您可能會看到類似下列的錯誤訊息：No viable contraction path found.

• 收縮階段太困難了 — 在某些圖表中，TN1 可以找到遍歷路徑，但評估非常長且非常耗時。在這種情況下，收縮是如此昂貴，以至於成本會令人望而卻步，TN1 排練階段後退出。您可能會看到類似下列的錯誤訊息：Predicted runtime based on best contraction path found exceeds TN1 limit.

注意

您需支付彩排階段的費用 TN1 即使沒有執行收縮，你看到一個FAILED狀態。

預測的運行時也取決於 shot 計數。在最壞的情況下,TN1 收縮時間線性取決於 shot 計數。該電路可能是合同的，較少 shots。 例如，您可以提交 100 個量子任務 shots，其中 TN1 决定是不可收縮的，但如果你重新提交只有 10，收縮就會進行。在這種情況下，要獲得 100 個樣本，您可以提交 10 個量子任務，分別為 10 shots 對於相同的電路，並在結束結束結果。

作為最佳實踐，我們建議您始終使用一些測試電路或電路等級 shots （例如 10）以了解電路的困難程度 TN1，在您繼續進行更高數量的 shots.

注意

形成收縮階段的一系列乘法從小的 nxN 矩陣開始。例如，一個 2-qubit 門需要一個 4x4 矩陣。在被判定為太困難的收縮期間所需的中間矩陣是巨大的。這樣的計算需要幾天才能完成。這就是為什麼 Amazon 布拉克不會嘗試極其複雜的收縮。

並行數量

所有 Braket 模擬器使您能夠同時運行多個電路。並發限制因模擬器和區域而異。如需並行限制的詳細資訊，請參閱配額頁面。