ค่าเริ่มต้นและตัวเลือกการกำหนดค่าของ Transpilation

เวอร์ชันของแพคเกจ

โค้ดในหน้านี้พัฒนาขึ้นโดยใช้ข้อกำหนดต่อไปนี้ แนะนำให้ใช้เวอร์ชันเหล่านี้หรือใหม่กว่า

qiskit[all]~=2.4.0
qiskit-ibm-runtime~=0.46.1

Abstract circuits ต้องถูก transpile เนื่องจาก QPU มีชุด basis gates ที่จำกัดและไม่สามารถรันการดำเนินการได้ทุกอย่าง ฟังก์ชันของ Transpiler คือการเปลี่ยนวงจรที่หลากหลายให้สามารถรันบน QPU ที่ระบุได้ ซึ่งทำโดยการแปลงวงจรเป็น basis gates ที่รองรับ และเพิ่ม SWAP gates ตามความจำเป็น เพื่อให้การเชื่อมต่อของวงจรตรงกับ QPU

ดังที่อธิบายไว้ใน Transpile ด้วย pass managers คุณสามารถสร้าง pass manager โดยใช้ฟังก์ชัน generate_preset_pass_manager และส่งวงจรหรือรายการวงจรไปยังเมธอด run เพื่อ transpile วงจรเหล่านั้น คุณสามารถเรียก generate_preset_pass_manager โดยส่งแค่ระดับการปรับแต่งและ Backend เพื่อใช้ค่าเริ่มต้นสำหรับตัวเลือกอื่นทั้งหมด หรือจะส่ง argument เพิ่มเติมเพื่อปรับแต่ง transpilation ได้

การใช้งานเบื้องต้นโดยไม่มีพารามิเตอร์

ในตัวอย่างนี้ เราส่งวงจรและ QPU เป้าหมายไปยัง Transpiler โดยไม่ระบุพารามิเตอร์เพิ่มเติม

สร้างวงจรและดูผลลัพธ์:

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit qiskit-ibm-runtime

from qiskit import QuantumCircuit
from qiskit.circuit.library import grover_operator, DiagonalGate
from qiskit_ibm_runtime.fake_provider import FakeSherbrooke

# Create circuit to test transpiler on
oracle = DiagonalGate([1] * 7 + [-1])
qc = QuantumCircuit(3)
qc.h([0, 1, 2])
qc = qc.compose(grover_operator(oracle))

# Add measurements to the circuit
qc.measure_all()

# View the circuit
qc.draw(output="mpl")

Transpile วงจรและดูผลลัพธ์:

from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager

# Specify the QPU to target
backend = FakeSherbrooke()

# Transpile the circuit
pass_manager = generate_preset_pass_manager(
    optimization_level=1, backend=backend
)
transpiled_circ = pass_manager.run(qc)

# View the transpiled circuit
transpiled_circ.draw(output="mpl", idle_wires=False)

พารามิเตอร์ทั้งหมดที่ใช้ได้

ต่อไปนี้คือพารามิเตอร์ทั้งหมดที่ใช้ได้สำหรับฟังก์ชัน generate_preset_pass_manager มีสอง class ของ argument คือ class ที่อธิบายเป้าหมายของการ compile และ class ที่มีผลต่อวิธีการทำงานของ Transpiler

พารามิเตอร์ทั้งหมดยกเว้น optimization_level เป็นตัวเลือก สำหรับรายละเอียดครบถ้วน ดู เอกสาร API ของ Transpiler

• optimization_level (int) - ระดับการปรับแต่งที่จะดำเนินการกับวงจร เป็น integer ในช่วง (0 - 3) ระดับที่สูงกว่าจะสร้างวงจรที่ปรับแต่งมากขึ้น แต่ใช้เวลา transpilation นานกว่า ดู การตั้งค่าระดับการปรับแต่งของ Transpiler สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม

พารามิเตอร์สำหรับอธิบายเป้าหมายของการ compile:

argument เหล่านี้อธิบาย QPU เป้าหมายสำหรับการรันวงจร รวมถึงข้อมูลเช่น coupling map ของ QPU (ซึ่งอธิบายการเชื่อมต่อของ Qubit) basis gates ที่ QPU รองรับ และอัตราข้อผิดพลาดของ Gates

พารามิเตอร์เหล่านี้หลายตัวถูกอธิบายอย่างละเอียดใน พารามิเตอร์ที่ใช้บ่อยสำหรับ transpilation

พารามิเตอร์ QPU (Backend)

พารามิเตอร์ Backend - ถ้าคุณระบุ backend คุณไม่จำเป็นต้องระบุ target หรือตัวเลือก backend อื่นใด ในทำนองเดียวกัน ถ้าคุณระบุ target คุณไม่จำเป็นต้องระบุ backend หรือตัวเลือก backend อื่นใด

• backend (Backend) - ถ้าตั้งค่านี้ Transpiler จะ compile วงจร input ไปยังอุปกรณ์นี้ ถ้ามีตัวเลือกอื่นที่ส่งผลต่อการตั้งค่าเหล่านี้ เช่น coupling_map มันจะ override การตั้งค่าจาก backend
• target (Target) - เป้าหมาย Transpiler ของ Backend โดยปกติจะระบุเป็นส่วนหนึ่งของ argument ของ backend แต่ถ้าคุณสร้าง Target object เอง คุณสามารถระบุที่นี่ได้ ซึ่งจะ override เป้าหมายจาก backend
• backend_properties (BackendProperties) - คุณสมบัติที่ QPU ส่งกลับมา รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับข้อผิดพลาดของ Gate ข้อผิดพลาดในการอ่านค่า เวลา coherence ของ Qubit และอื่นๆ หา QPU ที่ให้ข้อมูลนี้โดยรัน backend.properties()
• timing_constraints (Dict[str, int] | None) - ข้อจำกัดฮาร์ดแวร์ control แบบ optional เกี่ยวกับความละเอียดของเวลา instruction ข้อมูลนี้ได้รับจากการกำหนดค่า QPU ถ้า QPU ไม่มีข้อจำกัดใดๆ เกี่ยวกับการจัดสรรเวลา instruction timing_constraints จะเป็น None และไม่มีการปรับใด QPU อาจรายงานชุดข้อจำกัด ได้แก่:
  • granularity: ค่า integer แทนความละเอียดขั้นต่ำของ pulse gate ในหน่วย dt pulse gate ที่ผู้ใช้กำหนดควรมีระยะเวลาที่เป็นผลคูณของค่า granularity นี้
  • min_length: ค่า integer แทนความยาวขั้นต่ำของ pulse gate ในหน่วย dt pulse gate ที่ผู้ใช้กำหนดควรยาวกว่าความยาวนี้
  • pulse_alignment: ค่า integer แทนความละเอียดของเวลาของเวลาเริ่มต้น instruction ของ Gate instruction ของ Gate ควรเริ่มที่เวลาที่เป็นผลคูณของค่านี้
  • acquire_alignment: ค่า integer แทนความละเอียดของเวลาของเวลาเริ่มต้น instruction การวัด instruction การวัดควรเริ่มที่เวลาที่เป็นผลคูณของค่านี้

พารามิเตอร์ Layout และ topology

• basis_gates (List[str] | None) - รายการชื่อ basis gate สำหรับ unroll ตัวอย่างเช่น ['u1', 'u2', 'u3', 'cx'] ถ้าเป็น None จะไม่ทำการ unroll
• coupling_map (CouplingMap | List[List[int]]) - Directed coupling map (อาจเป็นแบบกำหนดเอง) สำหรับเป้าหมายใน mapping ถ้า coupling map มีความสมมาตร ต้องระบุทั้งสองทิศทาง รองรับรูปแบบเหล่านี้:
  • CouplingMap instance
  • List - ต้องให้เป็น adjacency matrix โดยแต่ละ entry ระบุ two-qubit interactions ที่ directed ทั้งหมดที่ QPU รองรับ ตัวอย่างเช่น: [[0, 1], [0, 3], [1, 2], [1, 5], [2, 5], [4, 1], [5, 3]]
• inst_map (List[InstructionScheduleMap] | None) - การ mapping ของ circuit operations ไปยัง pulse schedules ถ้าเป็น None จะใช้ instruction_schedule_map ของ QPU

พารามิเตอร์สำหรับมีผลต่อวิธีการทำงานของ Transpiler

พารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลต่อขั้นตอน transpilation เฉพาะ บางตัวอาจส่งผลต่อหลายขั้นตอน แต่ถูกระบุไว้ภายใต้ขั้นตอนเดียวเพื่อความง่าย ถ้าคุณระบุ argument เช่น initial_layout สำหรับ Qubit ที่ต้องการใช้ ค่านั้นจะ override pass ทั้งหมดที่อาจเปลี่ยนมัน กล่าวคือ Transpiler จะไม่เปลี่ยนสิ่งที่คุณระบุด้วยตนเอง สำหรับรายละเอียดเกี่ยวกับขั้นตอนเฉพาะ ดู ขั้นตอนของ Transpiler

ขั้นตอน Initialization

• hls_config (HLSConfig) - class การกำหนดค่า HLSConfig แบบ optional ที่ส่งต่อโดยตรงไปยัง transformation pass HighLevelSynthesis class การกำหนดค่านี้ช่วยให้คุณระบุรายการ synthesis algorithms และพารามิเตอร์สำหรับ high-level objects ต่างๆ
• init_method (str) - ชื่อ plugin สำหรับใช้ในขั้นตอน initialization โดยค่าเริ่มต้นไม่ใช้ external plugin คุณดูรายการ plugins ที่ติดตั้งได้โดยรัน list_stage_plugins() พร้อม init สำหรับ argument ชื่อ stage
• unitary_synthesis_method (str) - ชื่อ unitary synthesis method ที่จะใช้ โดยค่าเริ่มต้นจะใช้ default คุณดูรายการ plugins ที่ติดตั้งได้โดยรัน unitary_synthesis_plugin_names()
• unitary_synthesis_plugin_config (dict) - dictionary การกำหนดค่าแบบ optional ที่ส่งต่อโดยตรงไปยัง unitary synthesis plugin โดยค่าเริ่มต้นการตั้งค่านี้ไม่มีผลเนื่องจาก unitary synthesis method เริ่มต้นไม่รับการกำหนดค่าแบบกำหนดเอง การใช้การกำหนดค่าแบบกำหนดเองจำเป็นเฉพาะเมื่อระบุ unitary synthesis plugin ด้วย argument unitary_synthesis เนื่องจากสิ่งนี้เป็นแบบกำหนดเองสำหรับแต่ละ unitary synthesis plugin ดูเอกสารของ plugin สำหรับวิธีใช้ตัวเลือกนี้

ขั้นตอน Layout

• initial_layout (Layout | Dict | List) - ตำแหน่งเริ่มต้นของ virtual qubits บน physical qubits ถ้า layout นี้ทำให้วงจรเข้ากันได้กับข้อจำกัด coupling_map จะถูกใช้ layout สุดท้ายไม่ได้รับประกันว่าจะเหมือนกัน เนื่องจาก Transpiler อาจสลับ qubits ผ่าน swaps หรือวิธีอื่น สำหรับรายละเอียดครบถ้วน ดู ส่วน Initial layout
• layout_method (str) - ชื่อ layout selection pass (default, dense, sabre และ trivial) นี้ยังสามารถเป็นชื่อ external plugin สำหรับใช้ในขั้นตอน layout คุณดูรายการ plugins ที่ติดตั้งได้โดยรัน list_stage_plugins() พร้อม layout สำหรับ argument stage_name ค่าเริ่มต้นคือ sabre

ขั้นตอน Routing

• routing_method (str) - ชื่อ routing pass (basic, lookahead, default, sabre หรือ none) นี้ยังสามารถเป็นชื่อ external plugin สำหรับใช้ในขั้นตอน routing คุณดูรายการ plugins ที่ติดตั้งได้โดยรัน list_stage_plugins() พร้อม routing สำหรับ argument stage_name ค่าเริ่มต้นคือ sabre

ขั้นตอน Translation

• translation_method (str) - ชื่อ translation pass (default, synthesis, translator, ibm_backend, ibm_dynamic_circuits, ibm_fractional) นี้ยังสามารถเป็นชื่อ external plugin สำหรับใช้ในขั้นตอน translation คุณดูรายการ plugins ที่ติดตั้งได้โดยรัน list_stage_plugins() พร้อม translation สำหรับ argument stage_name ค่าเริ่มต้นคือ translator

ขั้นตอน Optimization

• approximation_degree (float ในช่วง 0-1 | None) - dial แบบ heuristic ที่ใช้สำหรับการประมาณวงจร (1.0 = ไม่มีการประมาณ, 0.0 = การประมาณสูงสุด) ค่าเริ่มต้นคือ 1.0 การระบุ None จะตั้งค่าระดับการประมาณเป็นอัตราข้อผิดพลาดที่รายงาน ดู ส่วน Approximation degree สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม
• optimization_method (str) - ชื่อ plugin สำหรับใช้ในขั้นตอน optimization โดยค่าเริ่มต้นไม่ใช้ external plugin คุณดูรายการ plugins ที่ติดตั้งได้โดยรัน list_stage_plugins() พร้อม optimization สำหรับ argument stage_name

ขั้นตอน Scheduling

• scheduling_method (str) - ชื่อ scheduling pass นี้ยังสามารถเป็นชื่อ external plugin สำหรับใช้ในขั้นตอน scheduling คุณดูรายการ plugins ที่ติดตั้งได้โดยรัน list_stage_plugins() พร้อม scheduling สำหรับ argument stage_name
  • 'as_soon_as_possible': กำหนดเวลา instructions อย่าง greedy โดยเร็วที่สุดเท่าที่เป็นไปได้บน qubit resource (alias: asap)
  • 'as_late_as_possible': กำหนดเวลา instructions ช้า กล่าวคือ รักษา qubits ในสถานะพื้นฐานเมื่อเป็นไปได้ (alias: alap) นี่คือค่าเริ่มต้น

การรัน Transpiler

• seed_transpiler (int) - ตั้งค่า random seeds สำหรับส่วนที่เป็น stochastic ของ Transpiler

ค่าเริ่มต้นต่อไปนี้จะถูกใช้ถ้าคุณไม่ระบุพารามิเตอร์ใดข้างต้น ดูหน้า API reference ของเมธอดสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม:

generate_preset_pass_manager(
    optimization_level=1,
    backend=None,
    target=None,
    basis_gates=None,
    coupling_map=None,
    initial_layout=None,
    layout_method=None,
    routing_method=None,
    translation_method=None,
    scheduling_method=None,
    approximation_degree=1.0,
    seed_transpiler=None,
    unitary_synthesis_method="default",
    unitary_synthesis_plugin_config=None,
    hls_config=None,
    init_method=None,
    optimization_method=None,
)

<qiskit.transpiler.passmanager.StagedPassManager at 0x7fe48929f150>

ขั้นตอนต่อไป

คำแนะนำ

• เรียนรู้วิธี ตั้งค่าระดับการปรับแต่ง
• ดู พารามิเตอร์ที่ใช้บ่อยเพิ่มเติม
• เรียนรู้วิธี ตั้งค่าระดับการปรับแต่งเมื่อใช้ Qiskit Runtime
• เยี่ยมชมหัวข้อ Transpile ด้วย pass managers
• สำหรับตัวอย่าง ดู การแทนวงจรควอนตัม
• เรียนรู้ วิธี transpile วงจร ในฐานะส่วนหนึ่งของ Qiskit patterns workflow โดยใช้ Qiskit Runtime
• ดู เอกสาร API ของ Transpile