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Vergleichen Sie Amazon Braket-Simulatoren
Dieser Abschnitt hilft Ihnen bei der Auswahl des Amazon Braket-Simulators, der für Ihre Quantenaufgabe am besten geeignet ist, indem einige Konzepte, Einschränkungen und Anwendungsfälle beschrieben werden.
Wählen Sie zwischen lokalen Simulatoren und On-Demand-Simulatoren (SV1,,) TN1 DM1
Die Leistung lokaler Simulatoren hängt von der Hardware ab, die die lokale Umgebung hostet, z. B. eine Braket-Notebook-Instanz, die zum Ausführen Ihres Simulators verwendet wird. On-Demand-Simulatoren werden in der AWS Cloud ausgeführt und sind so konzipiert, dass sie über typische lokale Umgebungen hinaus skaliert werden können. On-Demand-Simulatoren sind für größere Schaltungen optimiert, verursachen jedoch einen gewissen Latenzaufwand pro Quantenaufgabe oder Batch von Quantenaufgaben. Dies kann einen Kompromiss bedeuten, wenn es um viele Quantenaufgaben geht. Angesichts dieser allgemeinen Leistungsmerkmale können Ihnen die folgenden Anleitungen bei der Auswahl der Art der Durchführung von Simulationen helfen, auch bei Simulationen mit Rauschen.
Für Simulationen:
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Wenn Sie weniger als 18 Mitarbeiter beschäftigenqubits, verwenden Sie einen lokalen Simulator.
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Wenn Sie 18 bis 24 Mitarbeiter beschäftigenqubits, wählen Sie je nach Arbeitslast einen Simulator aus.
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Wenn Sie mehr als 24 Mitarbeiter beschäftigenqubits, verwenden Sie einen On-Demand-Simulator.
Für Geräuschsimulationen:
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Wenn Sie weniger als 9 einsetzenqubits, verwenden Sie einen lokalen Simulator.
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Wenn Sie 9—12 Mitarbeiter einsetzenqubits, wählen Sie einen Simulator, der auf der Arbeitslast basiert.
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Wenn Sie mehr als 12 Mitarbeiter beschäftigen, verwenden Sie. qubits DM1
Was ist ein Zustandsvektorsimulator?
SV1ist ein universeller Zustandsvektorsimulator. Er speichert die gesamte Wellenfunktion des Quantenzustands und wendet sequentiell Gate-Operationen auf den Zustand an. Es speichert alle Möglichkeiten, auch die extrem unwahrscheinlichen. Die Laufzeit des SV1 Simulators für eine Quantenaufgabe nimmt linear mit der Anzahl der Gates im Schaltkreis zu.
Was ist ein Dichtematrixsimulator?
DM1simuliert Quantenschaltkreise mit Rauschen. Es speichert die vollständige Dichtematrix des Systems und wendet sequentiell die Gatter- und Rauschoperationen der Schaltung an. Die endgültige Dichtematrix enthält vollständige Informationen über den Quantenzustand nach dem Betrieb der Schaltung. Die Laufzeit skaliert im Allgemeinen linear mit der Anzahl der Operationen und exponentiell mit der Anzahl von. qubits
Was ist ein Tensor-Netzwerksimulator?
TN1kodiert Quantenschaltkreise in einen strukturierten Graphen.
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Die Knoten des Graphen bestehen aus Quantengattern, oderqubits.
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Die Kanten des Graphen stellen Verbindungen zwischen Gates dar.
Aufgrund dieser Struktur TN1 können simulierte Lösungen für relativ große und komplexe Quantenschaltkreise gefunden werden.
TN1benötigt zwei Phasen
TN1Arbeitet in der Regel in einem zweiphasigen Ansatz zur Simulation von Quantenberechnungen.
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Die Probenphase: In dieser Phase wird eine Möglichkeit TN1 entwickelt, den Graphen auf effiziente Weise zu durchqueren. Dazu müssen Sie jeden Knoten besuchen, um die gewünschte Messung zu erhalten. Als Kunde sehen Sie diese Phase nicht, da beide Phasen gemeinsam für Sie TN1 durchgeführt werden. Sie schließt die erste Phase ab und entscheidet anhand praktischer Einschränkungen, ob die zweite Phase eigenständig durchgeführt werden soll. Sie haben keinen Einfluss auf diese Entscheidung, nachdem die Simulation begonnen hat.
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Die Kontraktionsphase: Diese Phase entspricht der Ausführungsphase einer Berechnung in einem klassischen Computer. Die Phase besteht aus einer Reihe von Matrixmultiplikationen. Die Reihenfolge dieser Multiplikationen hat einen großen Einfluss auf die Schwierigkeit der Berechnung. Daher wird zunächst die Probenphase durchgeführt, um die effektivsten Berechnungspfade im Graphen zu finden. Nachdem der Kontraktionspfad während der Probenphase ermittelt wurde, TN1 werden die Gates Ihres Schaltkreises zusammengezogen, um die Ergebnisse der Simulation zu erhalten.
TN1Graphen entsprechen einer Karte
Metaphorisch gesehen können Sie das zugrundeliegende TN1 Diagramm mit den Straßen einer Stadt vergleichen. In einer Stadt mit einem geplanten Raster ist es einfach, mithilfe einer Karte eine Route zu Ihrem Ziel zu finden. In einer Stadt mit ungeplanten Straßen, doppelten Straßennamen usw. kann es schwierig sein, auf einer Karte eine Route zu Ihrem Ziel zu finden.
Wenn Sie die Probenphase TN1 nicht durchführen würden, wäre es, als würden Sie durch die Straßen der Stadt laufen, um Ihr Ziel zu finden, anstatt zuerst auf eine Karte zu schauen. In Bezug auf die Gehzeit kann es sich wirklich auszahlen, mehr Zeit damit zu verbringen, auf die Karte zu schauen. Ebenso liefert die Probenphase wertvolle Informationen.
Man könnte sagen, dass der ein gewisses „Bewusstsein“ für die Struktur des zugrundeliegenden Stromkreises TN1 hat, den er durchquert. Dieses Bewusstsein erlangt es während der Probenphase.
Problemtypen, die für jeden dieser Simulatortypen am besten geeignet sind
SV1eignet sich gut für alle Arten von Problemen, die hauptsächlich auf einer bestimmten Anzahl von qubits UND-Gattern beruhen. Im Allgemeinen wächst die benötigte Zeit linear mit der Anzahl der Gates, obwohl sie nicht von der Anzahl der Gates abhängt. shots SV1ist im Allgemeinen schneller als TN1 bei Schaltungen unter 28. qubits
SV1kann bei höheren qubit Zahlen langsamer sein, weil es tatsächlich alle Möglichkeiten simuliert, auch die extrem unwahrscheinlichen. Es kann nicht bestimmt werden, welche Ergebnisse wahrscheinlich sind. Für eine 30-qubit Auswertung SV1 müssen also 2^30 Konfigurationen berechnet werden. Das Limit von 34 qubits für den Amazon SV1 Braket-Simulator ist eine praktische Einschränkung aufgrund von Speicher- und Speicherbeschränkungen. Sie können sich das so vorstellen: Jedes Mal, wenn Sie ein qubit zu hinzufügenSV1, wird das Problem doppelt so schwierig.
TN1Kann bei vielen Problemklassen viel größere Schaltungen in realistischer Zeit auswerten, als SV1 weil es die Struktur des Graphen TN1 ausnutzt. Es verfolgt im Wesentlichen die Entwicklung von Lösungen von Anfang an und behält nur die Konfigurationen bei, die zu einer effizienten Bearbeitung beitragen. Anders ausgedrückt: Es speichert die Konfigurationen, um eine Reihenfolge der Matrixmultiplikation zu erstellen, die zu einem einfacheren Bewertungsprozess führt.
Denn TN1 die Anzahl der qubits UND-Gatter ist wichtig, aber die Struktur des Graphen ist viel wichtiger. eignet TN1 sich zum Beispiel sehr gut zur Auswertung von Schaltungen (Graphen), in denen die Gatter eine geringe Reichweite haben (d. h. jedes Gatter qubit ist nur mit seinem nächsten Nachbarn verbundenqubits), und Schaltungen (Graphen), in denen die Verbindungen (oder Gatter) eine ähnliche Reichweite haben. Ein typischer Bereich für TN1 ist, dass jeder nur qubit mit anderen sprichtqubits, die 5 qubits entfernt sind. Wenn der Großteil der Struktur in einfachere Beziehungen wie diese zerlegt werden kann, die in mehr, kleineren oder einheitlicheren Matrizen dargestellt werden können, ist die TN1 Auswertung effizient.
Einschränkungen von TN1
TN1kann langsamer sein als SV1 je nach struktureller Komplexität des Graphen. TN1Beendet bei bestimmten Grafiken die Simulation nach der Probenphase und zeigt den Status an, und zwar aus FAILED einem der beiden folgenden Gründe:
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Es kann kein Pfad gefunden werden — Wenn der Graph zu komplex ist, ist es zu schwierig, einen guten Durchlaufpfad zu finden, und der Simulator gibt die Berechnung auf. TN1kann die Kontraktion nicht durchführen. Möglicherweise wird eine Fehlermeldung ähnlich der folgenden angezeigt:
No viable contraction path found. -
Die Kontraktionsphase ist zu schwierig — In einigen Grafiken TN1 kann ein Durchlaufpfad gefunden werden, aber er ist sehr lang und extrem zeitaufwändig, ihn auszuwerten. In diesem Fall ist die Kontraktion so teuer, dass sie unerschwinglich wäre und stattdessen nach der Probenphase beendet wird. TN1 Möglicherweise wird eine Fehlermeldung ähnlich der folgenden angezeigt:
Predicted runtime based on best contraction path found exceeds TN1 limit.
Anmerkung
Ihnen wird die Probenphase in Rechnung gestellt, TN1 auch wenn die Kontraktion nicht durchgeführt wird und Sie einen Status sehen. FAILED
Die prognostizierte Laufzeit hängt auch von der Anzahl ab. shot Im schlimmsten Fall hängt die TN1 Kontraktionszeit linear von der Anzahl ab. shot Der Stromkreis kann mit weniger zusammengezogen werden. shots Sie könnten zum Beispiel eine Quantenaufgabe mit 100 einreichenshots, die dann TN1 entscheidet, dass sie nicht zusammengezogen werden kann. Wenn Sie jedoch erneut eine Aufgabe mit nur 10 einreichen, wird die Kontraktion fortgesetzt. In diesem Fall könnten Sie, um 100 Proben zu erhalten, 10 Quantenaufgaben mit jeweils 10 Proben shots für denselben Schaltkreis einreichen und die Ergebnisse am Ende kombinieren.
Als bewährte Methode empfehlen wir, dass Sie Ihre Schaltung oder Schaltungsklasse immer mit einigen shots (z. B. 10) testen, um herauszufinden, wie schwer Ihre Schaltung istTN1, bevor Sie mit einer höheren Anzahl von shots fortfahren.
Anmerkung
Die Reihe von Multiplikationen, die die Kontraktionsphase bilden, beginnt mit kleinen NxN-Matrizen. Ein 2-qubit Gate benötigt beispielsweise eine 4x4-Matrix. Die Zwischenmatrizen, die bei einer als zu schwierig eingestuften Kontraktion benötigt werden, sind gigantisch. Eine solche Berechnung würde Tage in Anspruch nehmen. Aus diesem Grund versucht Amazon Braket keine extrem komplexen Kontraktionen.
Concurrency (Nebenläufigkeit)
Alle Braket-Simulatoren bieten Ihnen die Möglichkeit, mehrere Schaltungen gleichzeitig auszuführen. Die Grenzwerte für Parallelität variieren je nach Simulator und Region. Weitere Informationen zu Parallelitätslimits finden Sie auf der Seite Kontingente.
