実験機能を探索する - Amazon Braket
QuEra Aquila でのローカルデチューニングへのアクセスQuEra Aquila のトールなジオメトリへのアクセスQuEra Aquila でのタイトなジオメトリへのアクセスIQM デバイスの動的回路

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実験機能を探索する

実験的な機能により、可用性が制限され、新しいソフトウェア機能が新たに導入されたハードウェアにアクセスできます。これらの機能は、標準仕様を超えるデバイスのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。Amazon Braket SDK を使用して、タスクごとに実験的なソフトウェア機能を自動的に有効にできます。

実験機能を使用するには、量子タスクを作成するときに experimental_capabilitiesパラメータを指定します。このパラメータを に設定して"ALL"、そのタスクで使用可能なすべての実験機能を有効にします。次の例は、デバイスで回路を実行するときに実験機能を有効にする方法を示しています。

from braket.aws import AwsDevice

device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-east-1::device/qpu/quera/Aquila")

task = device.run(
   circuit,
   shots=1000,
   experimental_capabilities="ALL"
)
注記

これらの機能は実験的なものであり、予告なしに変更される可能性があります。デバイスのパフォーマンスは公開されている仕様とは異なる場合があり、結果は標準オペレーションとは異なる場合があります。タスクごとに実験機能を明示的に有効にする必要があります。このパラメータのないタスクでは、標準のデバイス機能のみが使用されます。

QuEra Aquila でのローカルデチューニングへのアクセス

ローカルデチューニング (LD) は、カスタマイズ可能な空間パターンを持つ新しい時間依存制御フィールドです。LD フィールドは、カスタマイズ可能な空間パターンに従って量子ビットに作用します。また、均一な駆動場とリュードベリ-リュードベリ相互作用が作成できる量子ビットを超えるさまざまな量子ビットに対して、異なるハミルトニアンを実現します。

制約:

ローカルデチューニング磁場の空間パターンは AHS プログラムごとにカスタマイズできますが、プログラムの実行中においては不変です。ローカルデチューニング磁場の時系列は、ゼロで開始および終了し、すべての値がゼロ以下である必要があります。さらに、ローカルデチューニング磁場のパラメータは数値制約によって制限されます。数値制約は、Braket SDK の特定のデバイスプロパティセクション aquila_device.properties.paradigm.rydberg.rydbergLocal に表示されます。

機能制限:

ローカルデチューニング磁場の大きさがハミルトニアンで定数ゼロに設定されている場合でも、ローカルデチューニング磁場を使用する量子プログラムを実行する場合は、デバイスでは、Aquila のプロパティの [performance] セクションに記載されている T2 時間よりも高速なデコヒーレンスが発生します。ローカルデチューニング磁場が不要な場合は、AHS プログラムのハミルトニアンからローカルデチューニング磁場を除外することをお勧めします。

スピンに関する用語におけるアナログハミルトニアンシミュレーション。スピンに関する用語としては、量子ビット、時間依存のグローバル駆動場、時間依存のローカルデチューニングがあります。

例:

  1. スピン系で不均一な縦磁場の作用をシミュレートする

    駆動場の振幅と位相はスピンへの横磁場の作用と同じ作用を量子ビットに与えるのに対し、駆動場のデチューニングとローカルデチューニングの和はスピンへの縦磁場の影響と同様の作用を量子ビットに与えます。ローカルデチューニング磁場を空間的に制御することで、より複雑なスピン系をシミュレートできます。

  2. 非平衡初期状態を準備する

    サンプルノートブック「Simulating lattice gauge theory with Rydberg atoms」には、系を Z2 秩序相にアニーリングするときに 9 原子線形配置の中心原子が振動しないようにする方法が示されています。この準備ステップの後、ローカルデチューニング磁場は減少し、AHS プログラムはこの特定の非均衡状態から始まる、系の時間進化をシミュレートし続けます。

  3. 加重最適化問題を解決する

    Aquila での MWIS 問題を解決する方法が、サンプルノートブック「Maximum weight independent set」(MWIS) に示されています。単位円板グラフのノードの重みを定義するために、ローカルデチューニング磁場が使用されます。グラフのエッジは、リュードベリ遮断効果によって作成されます。ローカルデチューニング磁場を均一な基底状態から始めて徐々に大きくすると、系が MWIS ハミルトニアンの基底状態に移行することで、問題の解決策が見つかります。

QuEra Aquila のトールなジオメトリへのアクセス

トールなジオメトリの機能を使用すると、高さを大きくしたジオメトリを指定できます。この機能を使用すると、AHS プログラムの原子配置を、Aquila の通常の機能を超える y 軸方向の追加の長さにまたがらせることができます。

制約:

トールなジオメトリの最大高さは 0.000128 m (128 um) です。

機能制限:

アカウントでこの実験機能を有効にすると、デバイスプロパティページと GetDevice コールに表示される機能に、高さの通常の下限が引き続き反映されます。AHS プログラムが通常の機能を超える原子配置を使用すると、充填誤差が増大することが予想されます。タスク結果の pre_sequence の部分で予期しない 0 の数が増えるため、完全に初期化された配置を得る機会が減ります。このような影響は、多くの原子を持つ行に最も強く現れます。

3 つのドット図は、トールなジオメトリをそれぞれ 1 次元の直線、はしご、多重化の形で示しています。

例:

  1. より大きな 1d および準 1d 配置

    原子鎖と、はしごのような配置は、より大きな原子数に拡張できます。これらのモデルのより長いインスタンスをプログラミングするには、長い方向を y 軸と平行に配置します。

  2. 小さなジオメトリでタスクの実行を多重化するスペースを増やす

    ノートブック例「Parallel quantum tasks on Aquila」は、問題のジオメトリの多重コピーを 1 つの原子配置に配置することで、利用可能な領域を最大限に活用する方法を示しています。利用可能な領域が多いほど、より多くのコピーを配置できます。

QuEra Aquila でのタイトなジオメトリへのアクセス

タイトなジオメトリ機能を使用すると、隣接する行間の間隔を短くしてジオメトリを指定できます。AHS プログラムでは、原子は最小の垂直間隔で区切られて行に配置されます。任意の 2 つの原子サイトの y 座標は、ゼロ (同じ行) であるか、最小行間隔よりも大きく異なる (異なる行である)必要があります。タイトなジオメトリ機能により、最小行間隔が小さくなるため、よりタイトな原子配置を作成できます。この拡張機能は、原子間のユークリッド距離の最小要件を変更しませんが、遠くの原子が互いに近い隣接する行を占める格子を作成できます。注目すべき例は三角格子です。

制約:

タイトなジオメトリの最小行間隔は 0.000002 m (2 um) です。

機能制限:

アカウントでこの実験機能を有効にすると、デバイスプロパティページと GetDevice コールに表示される機能に、高さの通常の下限が引き続き反映されます。AHS プログラムが通常の機能を超える原子配置を使用すると、充填誤差が増大することが予想されます。タスク結果の pre_sequence の部分で予期しない 0 の数が増えるため、完全に初期化された配置を得る機会が減ります。このような影響は、多くの原子を持つ行に最も強く現れます。

左側のグラフがドットの三角格子のタイトなジオメトリを示しているのに対し、右側のグラフはドットの六角格子を示しています。

例:

  1. 小さな格子定数を持つ非矩形格子

    行間隔をタイトにすると、一部の原子に最も近い隣接部分が対角線方向にある格子を作成できます。注目すべき例としては、三角格子、六角格子、カゴメ格子と、いくつかの準結晶があります。

  2. 調整可能な格子ファミリー

    AHS プログラムでは、相互作用は原子ペア間の距離を調整することで調整されます。行間隔をタイトにすると、最小行間隔の制約によって原子構造を定義する角度と距離に関する制限が減るため、異なる原子ペア同士の相互作用をより自由に調整できます。注目すべき例は、異なる結合距離を持つ Shastry-Sutherland 格子のファミリーです。

IQM デバイスの動的回路

IQM デバイスの動的回路は、中間回路測定 (MCM) とフィードフォワードオペレーションを可能にします。これらの機能により、量子の研究者や開発者は、条件付きロジックと量子ビット再利用機能を備えた高度な量子アルゴリズムを実装できます。この実験機能により、リソース効率を向上させた量子アルゴリズムを探求し、量子エラー緩和およびエラー修正スキームを研究できます。

重要な命令:

  • measure_ff: フィードフォワード制御の測定を実装することで、量子ビットを測定し、結果をフィードバックキーに保存します。

  • cc_prx: 指定されたフィードバックキーに関連付けられた結果が |1⟩ 状態を測定した場合にのみ適用される、古典的な方法で制御された回転を実装します。

Amazon Braket は、OpenQASM、Amazon Braket SDK、および Amazon Braket Qiskit Provider を使用して動的回路をサポートしています。

制約:

  1. measure_ff 命令のフィードバックキーは一意である必要があります。

  2. cc_prx は、measure_ff の後で、同じフィードバックキーを使用して実行する必要があります。

  3. 単一の回路では、量子ビットに対するフィードフォワードは、その量子ビット自身または別の量子ビットである 1 つの量子ビットによってのみ制御できます。複数の回路では、異なる制御ペアを持つことができます。

    1. 例えば、量子ビット 1 が量子ビット 2 によって制御されている場合、量子ビット 1 は同じ回路の量子ビット 3 によって制御することができません。量子ビット 1 と量子ビット 2 の間に制御が適用される回数に制約 (制限) はありません。量子ビット 2 は、量子ビット 2 に対するアクティブなリセットが実行されない限り、量子ビット 3 (または量子ビット 1) で制御できます。

  4. 制御は、同じグループ内の量子ビットにのみ適用できます。IQM Garnet および Emerald デバイスの量子ビットグループは、下記の画像にあります。

  5. これらの機能を備えたプログラムは、逐語的なプログラムとして送信する必要があります。逐語的なプログラムの詳細については、「OpenQASM 3.0 を使用した逐語的なコンパイル」を参照してください。

機能制限:

MCM は、プログラム内のフィードフォワード制御にのみ使用できます。MCM の結果 (0 または 1) がタスク結果の一部として返されることはありません。

左の画像は正方格子に 2 つの量子ビットグループを持つ IQM Garnet 20 量子ビットデバイスであり、右の画像は正方格子に 4 つの量子ビットグループを持つ IQM Emerald 54 量子ビットデバイスです。

これらの画像には、両方の IQM デバイスの量子ビットグループが表示されています。Garnet の 20 量子ビットデバイスには 2 つの量子ビットグループが含まれ、Emerald の 54 量子ビットデバイスには 4 つの量子ビットグループが含まれています。

例:

  1. アクティブなリセットによる量子ビットの再利用

    条件付きリセットオペレーションを使用する MCM は、1 つの回路実行内で量子ビットを再利用できます。これにより、回路の深さ要件が軽減され、量子デバイスのリソース使用率が向上します。

  2. アクティブなビットフリップ保護

    動的回路は、測定結果に基づいて、ビットフリップ誤差を検出して修正オペレーションを適用します。この実装により、量子誤差検出実験を行うことができます。

  3. テレポーテーション実験

    状態テレポーテーションは、ローカル量子オペレーションと MCM からの古典情報を使用して量子ビットの状態を転送します。ゲートテレポーテーションでは、量子オペレーションを直接行わずに、量子ビット間のゲートを実装します。この実験には、量子誤差補正、測定ベースの量子コンピューティング、量子通信の 3 つの主要領域における基本的なサブルーチンが含まれています。

  4. 開放量子系のシミュレーション

    動的回路は、データ量子ビット、環境のもつれ、環境測定を通じて量子系のノイズをモデル化します。このアプローチでは、データ要素と環境要素を表すのに、特定の量子ビットを使用します。ノイズチャネルは、環境に適用されたゲートと測定値によって設計できます。

動的回路の使用の詳細については、他の例を Amazon Braket notebook repository で参照してください。