מבוא ל-Qiskit

השם "Qiskit" הוא מונח כללי המתייחס לאוסף של תוכנות להרצת תוכניות על מחשבים קוונטיים. הבולטת שבכלים הללו היא ה-Qiskit SDK הקוד-פתוח, וסביבת הריצה (שאליה ניגשים באמצעות Qiskit Runtime) שדרכה ניתן להריץ עומסי עבודה על יחידות עיבוד קוונטי (QPUs) של IBM®. ככל שטכנולוגיית הקוונטום מתפתחת, כך גם Qiskit — כל שנה מתווספות יכולות חדשות שמרחיבות את אוסף התוכנות הקוונטיות הזה.

בנוסף, פרויקטי קוד פתוח רבים הם חלק מאקוסיסטם Qiskit הרחב. כלי תוכנה אלה אינם חלק מ-Qiskit עצמו, אלא ממשקים איתו ויכולים לספק פונקציונליות נוספת בעלת ערך.

IBM מחויבת לפיתוח אחראי של מחשוב קוונטי. למד עוד וסקור את עקרונות הקוונטום האחראיים שלנו בנושא מחשוב קוונטי אחראי.

ה-Qiskit SDK

ה-Qiskit SDK (שם החבילה qiskit) הוא SDK קוד-פתוח לעבודה עם מחשבים קוונטיים ברמה של מעגלים קוונטיים מורחבים (סטטיים, דינמיים ומתוזמנים), אופרטורים ופרימיטיבים. ספרייה זו היא הרכיב המרכזי של Qiskit; היא החבילה הגדולה ביותר תחת שם Qiskit עם מגוון הכלים הרחב ביותר לחישוב קוונטי, ורכיבים רבים אחרים ממשקים איתה.

כמה מהתכונות השימושיות ביותר של ה-Qiskit SDK כוללות:

• כלי בניית Circuit (qiskit.circuit) - לאתחול ומניפולציה של רגיסטרים, מעגלים, הוראות, Gate-ים, פרמטרים ואובייקטי בקרת זרימה.

• ספריית Circuit (qiskit.circuit.library) - מגוון עצום של מעגלים, הוראות ו-Gate-ים — אבני בניין מרכזיות לחישובים קוונטיים מבוססי Circuit.

• ספריית מידע קוונטי (qiskit.quantum_info) - ערכת כלים לעבודה עם מצבים קוונטיים, אופרטורים וערוצים, תוך שימוש בחישובים מדויקים (ללא רעש דגימה). השתמש במודול זה כדי לציין observable-ים כקלט ולנתח נאמנות פלטים מתשאולי פרימיטיבים.

• Transpiler (qiskit.transpiler) - לשינוי והתאמה של מעגלים קוונטיים לטופולוגיה של מכשיר ספציפי, ואופטימיזציה להרצה על יחידות עיבוד קוונטי (QPUs) אמיתיות.

• פרימיטיבים (qiskit.primitives) - המודול המכיל את ההגדרות הבסיסיות ואת המימושים הייחוסיים של פרימיטיבי ה-Sampler וה-Estimator, שמהם ספקי חומרה קוונטית שונים יכולים לגזור את המימושים שלהם. ראה מידע נוסף על פרימיטיבי Qiskit Runtime בתיעוד.

התקנה

להיכרות מפורטת יותר עם התקנת ה-Qiskit SDK, ראה בדף ההתקנה. אם אתה מוכן להתקין עכשיו, פשוט הרץ:

pip install qiskit

בנצ'מרקינג וחבילת Benchpress

בנצ'מרקינג חשוב להשוואת הביצועים היחסיים של תוכנות קוונטיות בשלבים שונים של זרימת פיתוח. מבחני בנצ'מרקינג לתוכנות קוונטיות עשויים, למשל, לבחון את המהירות והאיכות של בניית, מניפולציה ו-transpilation של מעגלים. IBM Quantum מחויבת לספק את ה-SDK בעל הביצועים הגבוהים ביותר האפשריים, ולשם כך, ה-Qiskit SDK נמדד באמצעות למעלה מ-1,000 מבחנים שפותחו על ידי אוניברסיטאות מובילות, מעבדות לאומיות וחוקרים ב-IBM. חבילת הבנצ'מרקינג המשמשת למבחנים אלה, בשם Benchpress, זמינה כעת כחבילת קוד פתוח. כעת תוכל להשתמש בחבילת Benchpress לביצוע ניתוח משלך של ביצועי SDK קוונטי.

תוספות Qiskit

תוספות Qiskit הן אוסף של יכולות מחקר לגילוי אלגוריתמים בקנה מידה שימושי. יכולות אלה בנויות על הבסיס הביצועי של Qiskit של כלים ליצירה והרצה של אלגוריתמים קוונטיים. התוספות הן רכיבי תוכנה מודולריים שמתחברים לזרימת עבודה כדי לקדם או לתכנן אלגוריתמים קוונטיים חדשים. כדי ללמוד עוד על מערכת תוספות Qiskit הזמינות וכיצד להתחיל להשתמש בהן, כנס לתיעוד.

אקוסיסטם Qiskit

מעבר ל-Qiskit, ישנם פרויקטי קוד פתוח רבים המשתמשים בשם "Qiskit" אך אינם חלק מ-Qiskit עצמו; במקום זאת, הם ממשקים עם Qiskit ויכולים לספק פונקציונליות נוספת בעלת ערך שמשלימה את זרימת העבודה המרכזית של Qiskit. חלק מהפרויקטים הללו מתוחזקים על ידי צוותי IBM Quantum, בעוד שאחרים נתמכים על ידי קהילת הקוד הפתוח הרחבה יותר. ה-Qiskit SDK מתוכנן בצורה מודולרית וניתנת להרחבה כדי להקל על מפתחים ליצור פרויקטים כאלה המרחיבים את יכולותיו.

כמה פרויקטים פופולריים באקוסיסטם Qiskit כוללים:

• Qiskit Aer (qiskit-aer) - חבילה לסימולטורים של מחשוב קוונטי עם מודלי רעש ריאליסטיים. היא מספקת ממשקים להרצת מעגלים קוונטיים עם או בלי רעש תוך שימוש במספר שיטות סימולציה שונות. מתוחזקת על ידי IBM Quantum.
• qBraid SDK (qbraid) - מסגרת runtime קוונטית אגנוסטית לפלטפורמה עבור ספקי תוכנה וחומרה קוונטית כאחד, שנועדה לייעל את ניהול מחזור החיים המלא של עבודות קוונטיות — מהגדרת מפרטי תוכנית ועד הגשת עבודה ועד לעיבוד לאחר הרצה וויזואליזציה של תוצאות. מתוחזקת על ידי qBraid.
• mthree mthree - חבילה למימוש M3 (Matrix-free Measurement Mitigation), טכניקת הפחתת מדידות שפותרת הסתברויות מדידה מתוקנות באמצעות שלב הפחתת ממדים ולאחריו גורם LU ישיר או שיטה איטרטיבית עם תנאי קדם שמתכנסת נומינלית ב-O(1) צעדים, וניתנת לחישוב במקביל. מתוחזקת על ידי IBM Quantum.

תוכל למצוא קטלוג של פרויקטים בדף אקוסיסטם Qiskit, וכן מידע על כיצד למנות את הפרויקט שלך.

צעדים הבאים

המלצות

• למד על ספריית המעגלים וההוראות הזמינה ב-Qiskit בספריית Circuit.
• קרא על ה-Transpiler של Qiskit ועל האפשרויות הרבות ל-transpilation בסעיף Transpiler.
• גלה כיצד להשתמש בפרימיטיבים של Qiskit לייעול תכנות קוונטי.