결과 유형 목록 - Amazon Braket
관찰 가능 항목파라미터수반 기울기

기계 번역으로 제공되는 번역입니다. 제공된 번역과 원본 영어의 내용이 상충하는 경우에는 영어 버전이 우선합니다.

결과 유형 목록

Amazon Braket은 ResultType을 사용하여 회로를 측정할 때 다양한 유형의 결과를 반환할 수 있습니다. 회로는 다음과 같은 유형의 결과를 반환할 수 있습니다.

  • AdjointGradient는 제공된 관찰 가능 항목의 기대값의 기울기(벡터 미분)를 반환합니다. 이 관찰 가능 항목은 수반 미분법을 사용하여 지정된 파라미터와 관련하여 제공된 대상에 작용합니다. 샷이 0인 경우에만 이 방법을 사용할 수 있습니다.

  • Amplitude는 출력 파동 함수에서 지정된 양자 상태의 진폭을 반환합니다. SV1 및 로컬 시뮬레이터에서만 사용할 수 있습니다.

  • Expectation은 지정된 관찰 가능 항목의 기대값을 반환하며,이 값은 이 장 뒷부분에 소개되는 Observable 클래스로 지정할 수 있습니다. 관찰 가능 항목을 측정하는 데 사용되는 대상 qubits를 지정해야 하며, 지정된 대상의 수는 관찰 가능 항목이 작용하는 qubits의 수와 같아야 합니다. 대상이 지정되지 않은 경우 관찰 가능 항목은 1qubit에서만 작동해야 하며 모든 qubits에 병렬로 적용됩니다.

  • Probability는 계산 기저 상태를 측정할 확률을 반환합니다. 대상이 지정되지 않은 경우 Probability는 모든 기저 상태를 측정할 확률을 반환합니다. 대상이 지정되면 지정된 qubits에 있는 기저 벡터의 주변 확률만 반환됩니다. 관리형 시뮬레이터 및 QPU는 최대 15큐비트로 제한되며 로컬 시뮬레이터는 시스템의 메모리 크기로 제한됩니다.

  • Reduced density matrix는 qubits의 시스템에서 지정된 대상 qubits의 하위 시스템에 대한 밀도 행렬을 반환합니다. 이 결과 유형의 크기를 제한하기 위해 Braket은 대상 qubits의 수를 최대 8개로 제한합니다.

  • StateVector는 전체 상태 벡터를 반환합니다. 로컬 시뮬레이터에서 사용할 수 있습니다.

  • Sample은 지정된 대상 qubit 세트 및 관찰 가능 항목의 측정 수를 반환합니다. 대상이 지정되지 않은 경우 관찰 가능 항목은 1qubit에서만 작동해야 하며 모든 qubits에 병렬로 적용됩니다. 대상이 지정된 경우 지정된 대상의 수는 관찰 가능 항목이 작용하는 qubits의 수와 같아야 합니다.

  • Variance는 지정된 대상 qubit 세트 및 관찰 가능 항목의 분산(mean([x-mean(x)]2))을 요청된 결과 유형으로 반환합니다. 대상이 지정되지 않은 경우 관찰 가능 항목은 1qubit에서만 작동해야 하며 모든 qubits에 병렬로 적용됩니다. 그렇지 않으면 지정된 대상의 수는 관찰 가능 항목이 적용될 수 있는 qubits의 수와 같아야 합니다.

다양한 공급자에 대해 지원되는 결과 유형:

로컬 sim

SV1

DM1

TN1

AQT

IonQ

IQM

Rigetti

수반 기울기

N

Y

N

N

N

N

N

N

진폭

Y

Y

N

N

N

N

N

N

기대값

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

확률

Y

Y

Y

N

Y

Y

Y

Y

축약 밀도 행렬

Y

N

Y

N

N

N

N

N

상태 벡터

Y

N

N

N

N

N

N

N

샘플

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

분산

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

다음 예제와 같이 디바이스 속성을 검토하여 지원되는 결과 유형을 확인할 수 있습니다.

from braket.aws import AwsDevice

device = AwsDevice("arn:aws:braket:us-west-1::device/qpu/rigetti/Ankaa-3")

# Print the result types supported by this device
for iter in device.properties.action['braket.ir.openqasm.program'].supportedResultTypes:
    print(iter)
name='Sample' observables=['x', 'y', 'z', 'h', 'i'] minShots=10 maxShots=50000
name='Expectation' observables=['x', 'y', 'z', 'h', 'i'] minShots=10 maxShots=50000
name='Variance' observables=['x', 'y', 'z', 'h', 'i'] minShots=10 maxShots=50000
name='Probability' observables=None minShots=10 maxShots=50000

ResultType을 직접적으로 호출하려면 다음 예제와 같이 회로에 추가합니다.

from braket.circuits import Circuit, Observable

circ = Circuit().h(0).cnot(0, 1).amplitude(state=["01", "10"])
circ.probability(target=[0, 1])
circ.probability(target=0)
circ.expectation(observable=Observable.Z(), target=0)
circ.sample(observable=Observable.X(), target=0)
circ.state_vector()
circ.variance(observable=Observable.Z(), target=0)

# Print one of the result types assigned to the circuit
print(circ.result_types[0])
참고

다양한 양자 디바이스는 다양한 형식으로 결과를 제공합니다. 예를 들어 Rigetti 디바이스는 측정값을 반환하는 반면 IonQ 디바이스는 확률을 제공합니다. Amazon Braket SDK는 모든 결과에 대한 측정 속성을 제공합니다. 그러나 확률을 반환하는 디바이스의 경우, 샷당 측정값을 사용할 수 없으므로 이러한 측정값은 사후 계산되며 확률을 기반으로 합니다. 결과가 사후 계산되었는지 확인하려면 결과 객체에서 measurements_copied_from_device를 확인합니다. 이 연산은 Amazon Braket SDK GitHub 리포지토리의 gate_model_quantum_task_result.py 파일에 자세히 설명되어 있습니다.

관찰 가능 항목

Amazon Braket의 Observable 클래스를 사용하면 특정 관찰 가능 항목을 측정할 수 있습니다.

각 qubit에 하나의 고유한 비동일성 관찰 가능 항목만 적용할 수 있습니다. 동일한 qubit에 두 개 이상의 서로 다른 비동일성 관찰 가능 항목을 지정하는 경우 오류가 발생합니다. 이를 위해 텐서 곱의 각 인자는 개별 관찰 가능 항목으로 간주됩니다. 다시 말해, 해당 qubit에 작용하는 인자가 동일하게 유지되는 한, 동일한 qubit에 대해 여러 텐서 곱을 가질 수 있습니다.

관찰 가능 항목의 규모를 조정하고 다른 관찰 가능 항목을 추가할 수 있습니다(규모 조정 여부에 관계없음). 그러면 AdjointGradient 결과 유형에 사용할 수 있는 Sum이 생성됩니다.

Observable 클래스에는 다음과 같은 관찰 가능 항목이 포함됩니다.

import numpy as np

Observable.I()
Observable.H()
Observable.X()
Observable.Y()
Observable.Z()

# Get the eigenvalues of the observable
print("Eigenvalue:", Observable.H().eigenvalues)
# Or rotate the basis to be computational basis
print("Basis rotation gates:", Observable.H().basis_rotation_gates)

# Get the tensor product of the observable for the multi-qubit case
tensor_product = Observable.Y() @ Observable.Z()
# View the matrix form of an observable by using
print("The matrix form of the observable:\n", Observable.Z().to_matrix())
print("The matrix form of the tensor product:\n", tensor_product.to_matrix())

# Factorize an observable in the tensor form
print("Factorize an observable:", tensor_product.factors)

# Self-define observables, given it is a Hermitian
print("Self-defined Hermitian:", Observable.Hermitian(matrix=np.array([[0, 1], [1, 0]])))

print("Sum of other (scaled) observables:", 2.0 * Observable.X() @ Observable.X() + 4.0 * Observable.Z() @ Observable.Z())
Eigenvalue: [ 1. -1.]
Basis rotation gates: (Ry('angle': -0.7853981633974483, 'qubit_count': 1),)
The matrix form of the observable:
 [[ 1.+0.j  0.+0.j]
 [ 0.+0.j -1.+0.j]]
The matrix form of the tensor product:
 [[ 0.+0.j  0.+0.j  0.-1.j  0.+0.j]
 [ 0.+0.j -0.+0.j  0.+0.j  0.+1.j]
 [ 0.+1.j  0.+0.j  0.+0.j  0.+0.j]
 [ 0.+0.j  0.-1.j  0.+0.j -0.+0.j]]
Factorize an observable: (Y('qubit_count': 1), Z('qubit_count': 1))
Self-defined Hermitian: Hermitian('qubit_count': 1, 'matrix': [[0.+0.j 1.+0.j], [1.+0.j 0.+0.j]])
Sum of other (scaled) observables: Sum(TensorProduct(X('qubit_count': 1), X('qubit_count': 1)), TensorProduct(Z('qubit_count': 1), Z('qubit_count': 1)))

파라미터

회로는 자유 파라미터를 포함할 수 있습니다. 이러한 자유 파라미터는 한 번만 구성하면 여러 번 실행할 수 있으며 기울기를 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

각 자유 파라미터는 다음에 사용되는 문자열 인코딩 이름을 사용합니다.

  • 파라미터 값 설정

  • 사용할 파라미터 식별

from braket.circuits import Circuit, FreeParameter, observables
from braket.parametric import FreeParameter

theta = FreeParameter("theta")
phi = FreeParameter("phi")
circ = Circuit().h(0).rx(0, phi).ry(0, phi).cnot(0, 1).xx(0, 1, theta)

수반 기울기

SV1 디바이스는 다항 해밀토니안을 포함한 관찰 가능 항목 기대값의 수반 기울기를 계산합니다. 파라미터를 미분하려면 이름(문자열 형식)을 지정하거나 직접 참조로 지정합니다.

from braket.aws import AwsDevice
from braket.devices import Devices

device = AwsDevice(Devices.Amazon.SV1)

circ.adjoint_gradient(observable=3 * Observable.Z(0) @ Observable.Z(1) - 0.5 * observables.X(0), parameters = ["phi", theta])

고정된 파라미터 값을 파라미터화된 회로에 인수로 전달하면 자유 파라미터가 제거됩니다. 자유 파라미터가 더 이상 존재하지 않으므로, 이 회로를 AdjointGradient로 실행하면 오류가 생성됩니다. 다음 코드 예제에서는 올바른 사용법과 잘못된 사용법을 보여줍니다.

# Will error, as no free parameters will be present
#device.run(circ(0.2), shots=0)

# Will succeed
device.run(circ, shots=0, inputs={'phi': 0.2, 'theta': 0.2})