はじめに
前回は、量子アルゴリズムについて整理しました。
今回は第5回として、量子ソフトウェアを見ていきます。
とはいえ、このあたりはまだ自分も正直あまり追えていません。
なので、Qiskit の細かい API には入らずに、Hello World と、ざっくりしたアーキテクチャだけ置いておきます。ここは実際に触りながら、あとで直します。
Qiskit の Hello World
Qiskit は、量子回路を書いて、最適化して、シミュレータや実機で実行するためのオープンソース SDK です。
ベル状態を作るだけなら、雰囲気はこんな感じです。
from qiskit import QuantumCircuit
qc = QuantumCircuit(2)
qc.h(0)
qc.cx(0, 1)
これで、2 qubit の回路を作り、1つ目に H ゲートをかけて、CNOT でもつれを作るところまで書けます。
ただし、これはまだ「回路を書いた」だけです。
実際に動かすには、シミュレータで試すのか、実機に投げるのか、測定結果を見るのか、期待値を見るのか、といった話が続きます。が、ここでは省略します。
いろんなレイヤーがある
Qiskit まわりは、量子回路だけじゃなく、いろんなレイヤーの道具があるようです。
出典: https://www.ibm.com/quantum/qiskit
| レイヤー | ざっくり何をするか |
|---|---|
| 回路を書く | QuantumCircuit |
| 状態や演算子を見る | quantum_info |
| 実機向けに変換する | transpiler |
| 実行する | primitives、Runtime |
| 上位の部品を使う | addons、Functions |
| GUI で触る | Composer |
このうち primitives は、量子回路を実行するときの入口です。
| primitive | ざっくり何をするか | 例 |
|---|---|---|
Sampler |
回路を何回も実行して、測定結果の分布を見る |
00 が何回、11 が何回出たか |
Estimator |
回路で作った状態に対して、観測量の期待値を見る | エネルギーや相関の値を推定する |
最初は Sampler = 測定結果を見る、Estimator = 期待値を見る と分けます。
処理の流れとしては、公式ドキュメントの Qiskit patterns が参考になります。
Map 問題を量子回路や演算子に写す
Optimize 実行に向けて最適化する
Execute primitive で実行する
Analyze 結果を解析する
参考
https://www.ibm.com/quantum/qiskit
https://quantum.cloud.ibm.com/docs/en/guides
https://github.com/Qiskit/qiskit
おわりに
今回は、Qiskit をかなり軽く眺めました。正直、あまり触れてないので近いうちに、もうちょい触ろうとおもいます。
次は、ビジネス編として、PoC、ポスト量子暗号、材料探索、時間軸あたりを整理する予定です。