실험 기능 살펴보기 - Amazon Braket
QuEra Aquila에서 로컬 디튜닝에 액세스QuEra Aquila에서 높은 기하형상에 액세스QuEra Aquila에서 좁은 기하형상에 액세스IQM 디바이스의 동적 회로

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실험 기능 살펴보기

실험 기능을 사용하면 가용성이 제한되고 새로운 기능이 도입된 하드웨어에 액세스할 수 있습니다. QuEra Aquila의 기능을 사용하려면 Braket 콘솔에서 사용 가능한 실험 기능에 대한 액세스를 직접 요청해야 합니다.

QuEra Aquila의 실험 기능에 대한 액세스를 요청하려면 다음과 같이 하세요.

  1. Amazon Braket 콘솔로 이동하여 왼쪽 메뉴에서 Braket Direct를 선택한 다음 실험 기능 섹션으로 이동합니다.

  2. 액세스 권한 얻기를 선택하고 요청된 정보를 입력합니다.

  3. 워크로드에 대한 세부 정보와 이 기능을 사용할 위치를 제공합니다.

QuEra Aquila에서 로컬 디튜닝에 액세스

로컬 디튜닝(Local Detuning, LD)은 사용자 지정 가능한 공간 패턴이 있는 새로운 시간 종속 제어장입니다. LD장은 사용자 지정 가능한 공간 패턴에 따라 큐비트에 영향을 미치며, 균일한 구동장과 Rydberg-Rydberg 상호 작용이 생성할 수 있는 것 이상으로 서로 다른 큐비트에 대해 서로 다른 해밀토니안을 구현합니다.

제약 조건:

로컬 디튜닝장의 공간 패턴은 각 AHS 프로그램에 대해 사용자 지정할 수 있지만, 프로그램이 진행되는 동안 일정합니다. 로컬 디튜닝장의 시계열은 0에서 시작하고 끝나야 하며 모든 값은 0보다 작거나 같아야 합니다. 또한 로컬 디튜닝장의 파라미터는 수치적 제약 조건에 의해 제한되며, 이는 특정 디바이스 속성 섹션 - aquila_device.properties.paradigm.rydberg.rydbergLocal의 Braket SDK를 통해 볼 수 있습니다.

제한 사항:

로컬 디튜닝장을 사용하는 양자 프로그램을 실행할 때(해밀토니안에서 크기가 상수 0으로 설정된 경우에도) 디바이스는 Aquila 속성의 성능 섹션에 나열된 T2 시간보다 더 빠른 결어긋남을 경험합니다. 불필요한 경우 AHS 프로그램의 해밀토니안에서 로컬 디튜닝장을 생략하는 것이 좋습니다.

스핀 용어로 표현된 아날로그 해밀토니안 시뮬레이션에는 큐비트, 시간 종속 전역 구동장 및 시간 종속 로컬 디튜닝이 있습니다.

예제:

  1. 스핀 시스템에서 비균일 종방향 자기장의 효과 시뮬레이션

    구동장의 진폭과 위상은 스핀에 대한 횡방향 자기장과 동일한 효과를 큐비트에 미치지만, 구동장의 디튜닝과 로컬 디튜닝의 합은 스핀에 대한 종방향 자기장과 동일한 효과를 큐비트에 발생시킵니다. 로컬 디튜닝장을 공간적으로 제어하면 더 복잡한 스핀 시스템을 시뮬레이션할 수 있습니다.

  2. 비평형 초기 상태 준비

    예제 노트북 Rydberg 원자를 이용한 격자 게이지 이론 시뮬레이션은 9원자 선형 배열의 중심 원자가 Z2 정렬 상으로 시스템을 어닐링할 때 여기되는 것을 억제하는 방법을 보여줍니다. 준비 단계 후에는 로컬 디튜닝장이 감소하고 AHS 프로그램은 이 특정 비평형 상태에서 시작하여 시스템의 시간 변화를 계속 시뮬레이션합니다.

  3. 가중치 기반 최적화 문제 해결

    예제 노트북 Maximum weight independent set(MWIS)는 Aquila에서 MWIS 문제를 해결하는 방법을 보여줍니다. 로컬 디튜닝장은 단위 디스크 그래프의 노드에 대한 가중치를 정의하는 데 사용되며, 엣지는 Rybderg 봉쇄 효과로 구현됩니다. 균일 바닥 상태에서 시작하여 로컬 디튜닝장을 점진적으로 증가시키면 시스템이 MWIS 해밀토니안의 바닥 상태로 전환되어 문제에 대한 해결책을 찾을 수 있습니다.

QuEra Aquila에서 높은 기하형상에 액세스

높은 기하형상 기능을 사용하면 높이가 증가된 기하형상을 지정할 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 AHS 프로그램의 원자 배열이 Aquila의 일반 기능을 넘어 y 방향으로 추가 길이를 확장할 수 있습니다.

제약 조건:

높은 기하형상의 최대 높이는 0.000128m(128um)입니다.

제한 사항:

이 실험 기능이 계정에 대해 활성화되면 디바이스 속성 페이지와 GetDevice 직접 호출에 표시되는 기능은 계속해서 높이에 대한 일반 하한을 반영합니다. AHS 프로그램이 일반 기능을 넘어서는 원자 배열을 사용하는 경우 채우기 오류가 증가할 것으로 예상됩니다. 작업 결과의 pre_sequence 부분에서 예상치 못한 0의 수가 증가하는 현상을 발견하게 되며, 이는 결과적으로 완벽하게 초기화된 배열을 얻을 가능성을 낮춥니다. 이 효과는 원자가 많은 행에서 가장 강력합니다.

세 개의 점 그래프는 1차원 선, 사다리 및 다중 형태의 높은 기하형상을 보여줍니다.

예:

  1. 더 큰 1차원 및 준-1차원 배열

    원자 사슬 및 사다리형 배열은 더 높은 원자 번호로 확장할 수 있습니다. y와 병렬로 긴 방향을 지정하면 이러한 모델의 더 긴 인스턴스를 프로그래밍할 수 있습니다.

  2. 작은 기하형상을 가진 작업의 실행을 다중화할 수 있는 더 많은 공간

    예제 노트북 Parallel quantum tasks on Aquila는 하나의 원자 배열에 해당 기하형상의 다중화된 복사본을 배치하여 사용 가능한 영역을 최대한 활용하는 방법을 보여줍니다. 사용 가능한 영역이 많을수록 더 많은 사본을 배치할 수 있습니다.

QuEra Aquila에서 좁은 기하형상에 액세스

좁은 기하형상 기능을 사용하면 이웃하는 행 사이의 간격이 더 짧은 기하형상을 지정할 수 있습니다. AHS 프로그램에서 원자는 최소 수직 간격으로 구분된 행으로 배열됩니다. 두 원자 위치의 y 좌표는 0(동일한 행)이거나 최소 행 간격(다른 행)보다 크게 차이나야 합니다. 좁은 기하형상 기능을 사용하면 최소 행 간격이 축소되어 더 좁은 원자 배열을 생성할 수 있습니다. 이 확장은 원자 간 최소 유클리드 거리 요구 사항을 변경하지 않지만, 멀리 떨어진 원자들이 서로 더 가까운 이웃하는 행을 차지하는 격자 생성을 허용합니다. 대표적인 예로는 삼각형 격자가 있습니다.

제약 조건:

좁은 기하형상의 최소 행 간격은 0.000002m(2um)입니다.

제한 사항:

이 실험 기능이 계정에 대해 활성화되면 디바이스 속성 페이지와 GetDevice 직접 호출에 표시되는 기능은 계속해서 높이에 대한 일반 하한을 반영합니다. AHS 프로그램이 일반 기능을 넘어서는 원자 배열을 사용하는 경우 채우기 오류가 증가할 것으로 예상됩니다. 고객은 작업 결과의 pre_sequence 부분에서 예상치 못한 0의 수가 증가하는 현상을 발견하게 되며, 이는 결과적으로 완벽하게 초기화된 배열을 얻을 가능성을 낮춥니다. 이 효과는 원자가 많은 행에서 가장 강력합니다.

그래프는 왼쪽에 점이 있는 삼각형 격자의 좁은 기하형상을 보여주며 오른쪽 그래프는 점의 육각형 격자입니다.

예:

  1. 작은 격자 상수가 있는 비직교 격자

    행 간격이 더 좁을수록 일부 원자에 가장 가까운 이웃이 대각선 방향에 위치하는 격자를 생성할 수 있습니다. 대표적인 예로는 삼각형, 육각형, 카고메 격자 및 일부 준결정이 있습니다.

  2. 튜닝 가능한 격자 계열

    AHS 프로그램에서 상호 작용은 원자 쌍 간의 거리를 조정하여 튜닝됩니다. 행 간격이 더 좁을수록 원자 구조를 정의하는 각도와 거리가 최소 행 간격 제약 조건의 제한을 덜 받으므로, 서로 상대적으로 다른 원자 쌍의 상호 작용을 더 자유롭게 조정할 수 있습니다. 대표적인 예로는 결합 길이가 다른 Shastry-Sutherland 격자 계열이 있습니다.

IQM 디바이스의 동적 회로

IQM 디바이스의 동적 회로를 사용하면 MCM(중간 회로 측정) 및 피드포워드 연산을 수행할 수 있습니다. 이러한 기능을 통해 양자 연구원과 개발자는 조건부 논리 및 큐비트 재사용 기능을 갖춘 고급 양자 알고리즘을 구현할 수 있습니다. 이 실험 기능은 리소스 효율성이 향상된 양자 알고리즘을 탐구하고 양자 오류 완화 및 오류 정정 방식을 연구하는 데 도움이 됩니다.

주요 명령:

  • measure_ff: 피드포워드 제어에 대한 측정을 구현하여 큐비트를 측정하고 피드백 키를 사용하여 결과를 저장합니다.

  • cc_prx: 지정된 피드백 키와 연결된 결과가 |1⟩ 상태를 측정하는 경우에만 적용되는 고전적 제어 회전을 구현합니다.

Amazon Braket은 OpenQASM, Amazon Braket SDK 및 Amazon Braket Qiskit Provider를 통해 동적 회로를 지원합니다.

제약 조건:

  1. measure_ff 명령의 피드백 키는 고유해야 합니다.

  2. cc_prx는 동일한 피드백 키로 measure_ff 이후에 발생해야 합니다.

  3. 단일 회로에서 큐비트의 피드포워드는 자체적으로 또는 다른 큐비트로만 제어할 수 있습니다. 서로 다른 회로에서는 서로 다른 제어 쌍을 가질 수 있습니다.

    1. 예를 들어 큐비트 1이 큐비트 2로 제어되는 경우 동일한 회로에서 큐비트 3으로 제어할 수 없습니다. 큐비트 1과 큐비트 2 사이에 제어가 적용되는 횟수에는 제약이 없습니다. 큐비트 2에서 활성 초기화를 수행하지 않는 한, 큐비트 2는 큐비트 3(또는 큐비트 1)으로 제어할 수 있습니다.

  4. 제어는 동일한 그룹 내의 큐비트에만 적용할 수 있습니다. IQM Garnet 및 Emerald 디바이스의 큐비트 그룹은 다음 이미지에 있습니다.

  5. 이러한 기능이 있는 프로그램은 축어적 프로그램으로 제출해야 합니다. 축어적 프로그램에 대한 자세한 내용은 OpenQASM 3.0으로 축어적 컴파일을 참조하세요.

제한 사항:

MCM은 프로그램에서 피드포워드 제어에만 사용할 수 있습니다. MCM 결과(0 또는 1)는 작업 결과의 일부로 반환되지 않습니다.

왼쪽 이미지는 정사각형 격자 안에 2개의 큐비트 그룹이 있는 IQM Garnet 20큐비트 디바이스이고, 오른쪽 이미지는 정사각형 격자 안에 4개의 큐비트 그룹이 있는 IQM Emerald 54큐비트 디바이스입니다.

이러한 이미지는 두 IQM 디바이스 모두에 대한 큐비트 그룹을 표시합니다. Garnet 20큐비트 디바이스에는 2개의 큐비트 그룹이 포함되어 있고, Emerald 54큐비트 디바이스에는 4개의 큐비트 그룹이 포함되어 있습니다.

예:

  1. 활성 초기화를 통한 큐비트 재사용

    조건부 초기화 연산을 지원하는 MCM은 단일 회로 실행 내에서 큐비트 재사용을 가능하게 합니다. 따라서 회로 깊이 요구 사항이 줄어들고 양자 디바이스 리소스 사용률이 향상됩니다.

  2. 활성 비트 플립 보호

    동적 회로는 비트 플립 오류를 감지하고 측정 결과에 따라 정정 연산을 적용합니다. 이 구현은 양자 오류 감지 실험 역할을 합니다.

  3. 순간이동 실험

    상태 순간이동은 로컬 양자 연산과 MCM의 고전적 정보를 사용하여 큐비트 상태를 전송합니다. 게이트 순간이동은 직접 양자 연산 없이 큐비트 간에 게이트를 구현합니다. 이러한 실험은 양자 오류 정정, 측정 기반 양자 컴퓨팅, 양자 통신이라는 세 가지 핵심 영역에서 기본적인 서브루틴을 보여줍니다.

  4. 개방 양자 시스템 시뮬레이션

    동적 회로는 데이터 큐비트 및 환경 얽힘과 환경 측정을 통해 양자 시스템의 노이즈를 모델링합니다. 이 접근 방식은 특정 큐비트를 사용하여 데이터 및 환경 요소를 나타냅니다. 노이즈 채널은 환경에 적용되는 게이트 및 측정을 통해 설계될 수 있습니다.

동적 회로 사용에 대한 자세한 내용은 Amazon Braket 노트북 리포지토리의 추가 예제를 참조하세요.