Amazon Braket の用語と概念

アナログハミルトニアンシミュレーション (AHS) は、多体系の時間依存量子力学を直接シミュレーションするための個別の量子コンピューティングパラダイムです。AHS では、ユーザーが時間依存のハミルトニアンを直接指定し、量子コンピュータは、このハミルトニアンの下での継続的な時間発展を直接エミュレートするようにチューニングされます。AHS デバイスは通常、専用デバイスであり、ゲートベースのデバイスのような汎用量子コンピュータではありません。AHS デバイスは、シミュレートできるハミルトニアンのクラスに制限されます。ただし、これらのハミルトニアンはデバイスに元々実装されているため、AHS は、アルゴリズムを回路として作成してゲート操作を実装するために必要なオーバーヘッドに悩まされません。

私たちは量子力学における標準的な記法であるブラケット記法にちなんで Braket サービスと名付けました。量子系の状態を記述するために 1939 年に Paul Dirac によって導入され、ディラック記法とも呼ばれます。

Braket Direct を使用すると、選択したさまざまな量子デバイスへの専用アクセスを予約したり、量子コンピューティングのスペシャリストと繋がってワークロードのガイダンスを受け取ったり、可用性が制限された新しい量子デバイスなどの次世代機能に早期にアクセスしたりできるようになります。

Amazon Braket には、ハイブリッドアルゴリズムのフルマネージド実行を提供する Amazon Braket Hybrid Jobs と呼ばれる機能があります。Braket ハイブリッドジョブは、3 つのコンポーネントで構成されています。

Amazon Braket では、デバイスは量子タスクを実行できるバックエンドです。デバイスは QPU または量子回路シミュレーターである可能性があります。詳細については、「Amazon Braket supported devices」を参照してください。

エラー緩和とは、複数の物理回路を実行し、その測定値を組み合わせて結果を改善することです。詳細については、「エラー緩和手法」を参照してください。

ゲートベースの量子コンピューティング (QC) (回路ベースの QC とも呼ばれる) では、計算は基本演算 (ゲート) に分割されます。ある種のゲートの集合は汎用的です。つまり、すべての計算がそれらのゲートの有限列として表現できます。ゲートは、量子回路の構成要素であり、古典的なデジタル回路の論理ゲートに似ています。

ゲートショットの制限とは、ショットあたりの合計ゲート数 (すべてのゲートタイプの合計) とタスクあたりのショット数に関するものです。数学的には、ゲートショット制限は次のように表現できます。

Gateshot limit = (Gate count per shot) * (Shot count per task)

物理システムの量子力学は、そのハミルトニアンによって決定されます。ハミルトニアンは、システムの構成要素間の相互作用と外部駆動力による作用に関するすべての情報をエンコードしたものです。N 量子ビットシステムのハミルトニアンは、一般的に古典マシンにある複素数の 2^N x 2^N マトリックスとして表されます。量子デバイスでアナログハミルトニアンシミュレーションを実行することで、こういった大きなリソース要件を回避できます。

パルスは、量子ビットに送信される物理的な過渡信号です。パルスは、キャリア信号のサポートとして機能してハードウェアチャネルまたはポートにバインドされるフレーム内で再生される波形によって記述されます。カスタマーは、高周波正弦波キャリア信号を調整するアナログエンベロープを提供することで、独自のパルスを設計できます。フレームは、量子ビットの |0⟩ と |1⟩ のエネルギー準位間のエネルギー分離と共鳴するように頻繁に選択される周波数および位相によって一意に記述されます。したがって、ゲートは、事前に定義された形状と、その振幅、周波数、期間などのキャリブレーションされたパラメータを持つパルスとして作成されます。テンプレート波形でカバーされていないユースケースは、カスタム波形を介して有効になります。カスタム波形は、固定された物理サイクル時間で区切られた値のリストを提供することで、シングルサンプルの分解能で指定されます。

量子回路は、ゲートベースの量子コンピュータ上の計算を定義する命令セットです。量子回路は、量子ゲート (qubitレジスタ上の可逆変換) と測定命令のシーケンスです。

量子回路シミュレーターは、古典的なコンピュータ上で動作し、量子回路の測定結果を計算するコンピュータプログラムです。一般的な回路では、量子シミュレーションのリソース要件は、シミュレーションするqubitsの数とともに指数関数的に増加します。Braket は、マネージド (Braket API を介してアクセス) とローカル (Amazon Braket SDK の一部) 量子回路シミュレーターの両方へのアクセスを提供します。

量子コンピュータとは、重ね合わせやもつれなどの量子力学現象を用いて計算を行う物理デバイスです。量子コンピューティング (QC) には、ゲートベースの QC をはじめとするさまざまなパラダイムがあります。

QPU は、量子タスクを実行できる物理量子コンピューティングデバイスです。QPU は、ゲートベースの QC をはじめとするさまざまな QC パラダイムをベースにすることができます。詳細については、「Amazon Braket supported devices」を参照してください。

QPU ネイティブゲートは、QPU 制御システムによって制御パルスに直接マッピングできます。ネイティブゲートは、さらにコンパイルしなくても QPU デバイス上で実行できます。QPU がサポートするゲートのサブセット。デバイスのネイティブゲートは、Amazon Braket コンソールの [デバイス] ページおよび Braket SDK から確認できます。

QPU がサポートするゲートは、QPU デバイスで受け入れられるゲートです。これらのゲートは QPU で直接実行されない場合があります。つまり、ネイティブゲートに分解する必要がある可能性があります。デバイスサポートされるゲートは、Amazon Braket コンソールの [デバイス] ページおよび Amazon Braket SDK から確認できます。

Braket では、量子タスクはデバイスへのアトミックリクエストです。ゲートベースの QC デバイスの場合、これには、量子回路 (測定命令とshots数を含む) 、およびその他の要求メタデータが含まれます。量子タスクを作成するには、Amazon Braket SDK を介するか、CreateQuantumTask API オペレーションを直接使用します。量子タスクを作成した後、リクエストされたデバイスが使用可能になるまで、タスクはキューに入れられます。量子タスクは、Amazon Braket コンソールの [量子タスク] ページで表示するか、GetQuantumTask または SearchQuantumTasks API オペレーションを使用して表示できます。

量子コンピュータにおける情報の基本単位は、古典コンピューティングのビットに非常に似ているため、qubit (量子ビット) と呼ばれます。qubitは、超伝導回路、あるいは個々のイオンや原子など、さまざまな物理的実装によって実現できる 2 つのレベルの量子システムです。他のqubitタイプは、光子、電子スピンまたは核スピン、またはよりエキゾチックな量子システムに基づいています。

Queue depthとは、特定のデバイスに対してキューに入れられた量子タスクとハイブリッドジョブの数のことです。デバイスの量子タスクとハイブリッドジョブキューの数を知るには、Braket Software Development Kit (SDK) または Amazon Braket Management Console を使用します。

Queue positionとは、量子タスクまたはハイブリッドジョブの、各デバイスキュー内での現在の位置のことです。量子タスクまたはハイブリッドジョブのキュー位置を取得するには、Braket Software Development Kit (SDK) または Amazon Braket Management Console を使用します。

量子コンピューティングは本質的に確率論的であるため、正確な結果を得るためには、回路を複数回評価する必要があります。単一の回路の実行と測定は、ショットと呼ばれます。回路のショット (繰り返し実行) の数は、結果の望ましい精度に基づいて選択されます。

IAM ポリシーは、AWS のサービスのサービスとリソースに対する権限を許可または拒否するドキュメントです。IAM ポリシーを使用すると、リソースへのユーザーのアクセスレベルをカスタマイズできます。たとえば、 内のすべての Amazon S3 バケットへのアクセスをユーザーに許可したりAWS アカウント、特定のバケットのみにアクセスを許可したりできます。

IAM ロールは、アクセス許可に一時的にアクセスするために引き受けることができるアイデンティティです。ユーザー、アプリケーション、またはサービスが IAM ロールを引き受ける前に、ロールを切り替えるためのアクセス許可を付与する必要があります。IAM ロールを引き受けると、以前のロールで持っていた以前のすべてのアクセス許可を放棄し、新しいロールのアクセス許可を引き受けます。

Amazon Simple Storage Service (Amazon S3) は、データをオブジェクトとしてバケットに保存AWS のサービスできる です。 Amazon S3 バケットは、無制限のストレージスペースを提供します。Amazon S3 バケット内のオブジェクトの最大サイズは 5 TB です。画像、動画、テキストファイル、バックアップファイル、ウェブサイトのメディアファイル、アーカイブされたドキュメント、Braket 量子タスクの結果など、あらゆるタイプのファイルデータを Amazon S3 バケットにアップロードできます。