ตัวอย่าง primitives (ส่วนที่ 1)
beta release ของโมเดลการรันใหม่พร้อมให้ใช้งานแล้ว โมเดล directed execution มอบความยืดหยุ่นมากขึ้นในการปรับแต่งขั้นตอน error mitigation ด ูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่คู่มือ Directed execution model
Package versions
The code on this page was developed using the following requirements. We recommend using these versions or newer.
qiskit[all]~=2.3.0
qiskit-ibm-runtime~=0.43.1
ตัวอย่างในส่วนนี้แสดงวิธีการทั่วไปในการใช้ primitives ก่อนรันตัวอย่างเหล่านี้ ให้ทำตามคำแนะนำใน Install and set up.
ตัวอย่างทั้งหมดใช้ primitives จาก Qiskit Runtime แต่สามารถใช้ base primitives แทนได้เช่นกัน
ตัวอย่าง Estimator
คำนวณและตีความ expectation value ของ quantum operator ที่จำเป็นสำหรับ algorithm หลายๆ ตัวอย่างมีประสิทธิภาพด้วย Estimator สำรวจการใช้งานในการสร้างแบบจำลองโมเลกุล machine learning และปัญหาการออปติไมซ์ที่ซับซ้อน
รันการทดลองเดียว
ใช้ Estimator เพื่อหา expectation value ของคู่ circuit-observable เดียว
# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q numpy qiskit qiskit-ibm-runtime
import numpy as np
from qiskit.circuit.library import iqp
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit.quantum_info import SparsePauliOp, random_hermitian
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService, EstimatorV2 as Estimator
n_qubits = 50
service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(
operational=True, simulator=False, min_num_qubits=n_qubits
)
mat = np.real(random_hermitian(n_qubits, seed=1234))
circuit = iqp(mat)
observable = SparsePauliOp("Z" * 50)
pm = generate_preset_pass_manager(backend=backend, optimization_level=1)
isa_circuit = pm.run(circuit)
isa_observable = observable.apply_layout(isa_circuit.layout)
estimator = Estimator(mode=backend)
job = estimator.run([(isa_circuit, isa_observable)])
result = job.result()
print(f" > Expectation value: {result[0].data.evs}")
print(f" > Metadata: {result[0].metadata}")
> Expectation value: -0.13582342954159593
> Metadata: {'shots': 4096, 'target_precision': 0.015625, 'circuit_metadata': {}, 'resilience': {}, 'num_randomizations': 32}
รันหลายการทดลองใน job เดียว
ใช้ Estimator เพื่อหา expectation value ของคู่ circuit-observable หลายคู่
import numpy as np
from qiskit.circuit.library import iqp
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit.quantum_info import SparsePauliOp, random_hermitian
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService, EstimatorV2 as Estimator
n_qubits = 50
service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(
operational=True, simulator=False, min_num_qubits=n_qubits
)
rng = np.random.default_rng()
mats = [np.real(random_hermitian(n_qubits, seed=rng)) for _ in range(3)]
pubs = []
circuits = [iqp(mat) for mat in mats]
observables = [
SparsePauliOp("X" * 50),
SparsePauliOp("Y" * 50),
SparsePauliOp("Z" * 50),
]
# Get ISA circuits
pm = generate_preset_pass_manager(optimization_level=1, backend=backend)
for qc, obs in zip(circuits, observables):
isa_circuit = pm.run(qc)
isa_obs = obs.apply_layout(isa_circuit.layout)
pubs.append((isa_circuit, isa_obs))
estimator = Estimator(backend)
job = estimator.run(pubs)
job_result = job.result()
for idx in range(len(pubs)):
pub_result = job_result[idx]
print(f">>> Expectation values for PUB {idx}: {pub_result.data.evs}")
print(f">>> Standard errors for PUB {idx}: {pub_result.data.stds}")
>>> Expectation values for PUB 0: 0.4873096446700508
>>> Standard errors for PUB 0: 1.3528950031716114
>>> Expectation values for PUB 1: -0.00390625
>>> Standard errors for PUB 1: 0.015347884419435263
>>> Expectation values for PUB 2: -0.02001953125
>>> Standard errors for PUB 2: 0.013797455737635134
รัน circuit แบบ parameterized
ใช้ Estimator เพื่อรันสามการทดลองใน job เดียว โดยใช้ค่าพารามิเตอร์เพื่อเพิ่มความสามารถในการนำ circuit กลับมาใช้ซ้ำ
import numpy as np
from qiskit.circuit import QuantumCircuit, Parameter
from qiskit.quantum_info import SparsePauliOp
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService, EstimatorV2 as Estimator
service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)
# Step 1: Map classical inputs to a quantum problem
theta = Parameter("θ")
chsh_circuit = QuantumCircuit(2)
chsh_circuit.h(0)
chsh_circuit.cx(0, 1)
chsh_circuit.ry(theta, 0)
number_of_phases = 21
phases = np.linspace(0, 2 * np.pi, number_of_phases)
individual_phases = [[ph] for ph in phases]
ZZ = SparsePauliOp.from_list([("ZZ", 1)])
ZX = SparsePauliOp.from_list([("ZX", 1)])
XZ = SparsePauliOp.from_list([("XZ", 1)])
XX = SparsePauliOp.from_list([("XX", 1)])
ops = [ZZ, ZX, XZ, XX]
# Step 2: Optimize problem for quantum execution.
pm = generate_preset_pass_manager(backend=backend, optimization_level=1)
chsh_isa_circuit = pm.run(chsh_circuit)
isa_observables = [
operator.apply_layout(chsh_isa_circuit.layout) for operator in ops
]
# Step 3: Execute using Qiskit primitives.
# Reshape observable array for broadcasting
reshaped_ops = np.fromiter(isa_observables, dtype=object)
reshaped_ops = reshaped_ops.reshape((4, 1))
estimator = Estimator(backend, options={"default_shots": int(1e4)})
job = estimator.run([(chsh_isa_circuit, reshaped_ops, individual_phases)])
# Get results for the first (and only) PUB
pub_result = job.result()[0]
print(f">>> Expectation values: {pub_result.data.evs}")
print(f">>> Standard errors: {pub_result.data.stds}")
print(f">>> Metadata: {pub_result.metadata}")
>>> Expectation values: [[ 1.0455093 0.98152862 0.82113463 0.60354133 0.29572641 0.01149883
-0.33110743 -0.60560522 -0.83322315 -0.96531231 -1.0257549 -0.95853095
-0.81081517 -0.61091237 -0.30221293 0.0035381 0.31371176 0.61061753
0.83646641 0.97091431 1.03135689]
[ 0.03390682 0.31194271 0.620937 0.87391133 0.96973494 1.03872794
0.94260949 0.82378821 0.56344283 0.28688115 -0.04570049 -0.37474403
-0.64540887 -0.87803912 -0.97887504 -1.03577952 -0.97268336 -0.83970967
-0.59705481 -0.29867482 0.0380346 ]
[ 0.00265358 -0.32992806 -0.59646512 -0.80934096 -0.96737621 -1.00128302
-0.94673728 -0.82703147 -0.59705481 -0.31341692 -0.00117937 0.29985419
0.59469607 0.78486908 0.93346939 0.97622146 0.94732696 0.81199454
0.60914332 0.28393273 -0.00678136]
[ 0.99656555 0.93553328 0.78398456 0.55872536 0.29749546 -0.04511081
-0.33523522 -0.62889773 -0.82201916 -0.95351864 -1.02634458 -0.96796589
-0.82054495 -0.57553135 -0.30103356 0.00265358 0.3104685 0.59705481
0.83322315 0.94437854 0.99214292]]
>>> Standard errors: [[0.014353 0.01441151 0.01620648 0.0195418 0.019762 0.01515649
0.02102523 0.02112359 0.0148494 0.01119219 0.01576623 0.01245824
0.01239832 0.01501273 0.01821305 0.01776286 0.01500156 0.01635231
0.01577367 0.01315371 0.01089558]
[0.01352805 0.01627835 0.01247646 0.01287866 0.01570182 0.01060924
0.01590468 0.01620303 0.01530626 0.01619973 0.01918078 0.01379676
0.01564971 0.01377673 0.01454324 0.01242184 0.01252201 0.01396738
0.01326188 0.0145736 0.01795044]
[0.02029376 0.01610892 0.0161542 0.0157785 0.01385665 0.01113743
0.01375237 0.01380922 0.0145974 0.01759484 0.01594193 0.02111719
0.01521368 0.01365888 0.01188512 0.01353009 0.01195674 0.01446547
0.01660987 0.01511225 0.01880871]
[0.01105161 0.01164476 0.01329858 0.01439545 0.01888747 0.01629201
0.01405852 0.01406643 0.01088709 0.01275198 0.01281432 0.01333301
0.01268483 0.01443594 0.01495655 0.01715532 0.01822699 0.01508936
0.01435528 0.01340555 0.01295649]]
>>> Metadata: {'shots': 10016, 'target_precision': 0.01, 'circuit_metadata': {}, 'resilience': {}, 'num_randomizations': 32}
ใช้ Session และตัวเลือกขั้นสูง
สำรวจ Session และตัวเลือกขั้นสูงเพื่อออปติไมซ์ประสิทธิภาพ circuit บน QPU
โค้ดบล็อคต่อไปนี้จะคืนค่า error สำหรับผู้ใช้แผน Open Plan เนื่องจากใช้ Session workload บน Open Plan สามารถรันได้เฉพาะใน job mode หรือ batch mode เท่านั้น
import numpy as np
from qiskit.circuit.library import iqp
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit.quantum_info import SparsePauliOp, random_hermitian
from qiskit_ibm_runtime import (
QiskitRuntimeService,
Session,
EstimatorV2 as Estimator,
)
n_qubits = 50
service = QiskitRuntimeService()
backend = service.least_busy(
operational=True, simulator=False, min_num_qubits=n_qubits
)
rng = np.random.default_rng(1234)
mat = np.real(random_hermitian(n_qubits, seed=rng))
circuit = iqp(mat)
mat = np.real(random_hermitian(n_qubits, seed=rng))
another_circuit = iqp(mat)
observable = SparsePauliOp("X" * 50)
another_observable = SparsePauliOp("Y" * 50)
pm = generate_preset_pass_manager(optimization_level=1, backend=backend)
isa_circuit = pm.run(circuit)
another_isa_circuit = pm.run(another_circuit)
isa_observable = observable.apply_layout(isa_circuit.layout)
another_isa_observable = another_observable.apply_layout(
another_isa_circuit.layout
)
with Session(backend=backend) as session:
estimator = Estimator(mode=session)
estimator.options.resilience_level = 1
job = estimator.run([(isa_circuit, isa_observable)])
another_job = estimator.run(
[(another_isa_circuit, another_isa_observable)]
)
result = job.result()
another_result = another_job.result()
# first job
print(f" > Expectation value: {result[0].data.evs}")
print(f" > Metadata: {result[0].metadata}")
# second job
print(f" > Another Expectation value: {another_result[0].data.evs}")
print(f" > More Metadata: {another_result[0].metadata}")
> Expectation value: 0.08045977011494253
> Metadata: {'shots': 4096, 'target_precision': 0.015625, 'circuit_metadata': {}, 'resilience': {}, 'num_randomizations': 32}
> Another Expectation value: 0.02127659574468085
> More Metadata: {'shots': 4096, 'target_precision': 0.015625, 'circuit_metadata': {}, 'resilience': {}, 'num_randomizations': 32}