Introduzione a Qiskit

Il nome "Qiskit" è un termine generale che si riferisce a una raccolta di software per l'esecuzione di programmi su computer quantistici. Tra questi strumenti software spicca in particolare il Qiskit SDK open source, e l'ambiente di runtime (accessibile tramite Qiskit Runtime) attraverso cui puoi eseguire carichi di lavoro sulle unità di elaborazione quantistica (QPU) di IBM®. Man mano che la tecnologia quantistica evolve, lo stesso fa Qiskit, con nuove funzionalità rilasciate ogni anno che ampliano questa raccolta fondamentale di software quantistico.

Inoltre, molti progetti open source fanno parte del più ampio ecosistema Qiskit. Questi strumenti software non sono parte di Qiskit in sé, ma si interfacciano con Qiskit e possono offrire funzionalità aggiuntive di grande valore.

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Il Qiskit SDK

Il Qiskit SDK (nome del pacchetto qiskit) è un SDK open source per lavorare con i computer quantistici al livello di circuiti quantistici estesi (statici, dinamici e schedulati), operatori e primitive. Questa libreria è il componente fondamentale di Qiskit; è il pacchetto più grande sotto il nome Qiskit, con la suite di strumenti più ampia per il calcolo quantistico, e molti altri componenti si interfacciano con essa.

Alcune delle funzionalità più utili del Qiskit SDK includono:

• Strumenti per la costruzione di circuiti (qiskit.circuit) - Per inizializzare e manipolare registri, circuiti, istruzioni, gate, parametri e oggetti di controllo del flusso.

• Libreria di circuiti (qiskit.circuit.library) - Un'ampia gamma di circuiti, istruzioni e gate — elementi costitutivi fondamentali per i calcoli quantistici basati su circuiti.

• Libreria di informazioni quantistiche (qiskit.quantum_info) - Un toolkit per lavorare con stati quantistici, operatori e canali, tramite calcoli esatti (senza rumore di campionamento). Usa questo modulo per specificare osservabili di input e analizzare la fedeltà degli output dalle query sulle primitive.

• Transpiler (qiskit.transpiler) - Per trasformare e adattare i circuiti quantistici alla topologia specifica del dispositivo, e ottimizzare per l'esecuzione su unità di elaborazione quantistica (QPU) reali.

• Primitive (qiskit.primitives) - Il modulo che contiene le definizioni base e le implementazioni di riferimento delle primitive Sampler ed Estimator, da cui i diversi fornitori di hardware quantistico possono derivare le proprie implementazioni. Consulta ulteriori informazioni sulle primitive di Qiskit Runtime nella documentazione.

Installazione

Per un'introduzione più dettagliata all'installazione del Qiskit SDK, consulta la pagina di installazione. Se sei pronto a installarlo subito, esegui semplicemente:

pip install qiskit

Benchmarking e il pacchetto Benchpress

Il benchmarking è importante per confrontare le prestazioni relative del software quantistico nelle diverse fasi di un flusso di sviluppo. I test di benchmarking per il software quantistico potrebbero, ad esempio, valutare la velocità e la qualità nella costruzione, manipolazione e transpilazione di circuiti. IBM Quantum è impegnata a offrire l'SDK più performante possibile, e a tale scopo il Qiskit SDK viene sottoposto a benchmarking con oltre 1.000 test sviluppati da importanti università, laboratori nazionali e ricercatori IBM. La suite di benchmarking utilizzata per questi test, denominata Benchpress, è ora disponibile come pacchetto open source. Puoi ora utilizzare il pacchetto Benchpress per eseguire la tua analisi delle prestazioni degli SDK quantistici.

Addon Qiskit

Gli addon Qiskit sono una raccolta di funzionalità di ricerca per la scoperta di algoritmi su scala utility. Queste funzionalità si basano sulla solida fondazione di strumenti performanti di Qiskit per la creazione e l'esecuzione di algoritmi quantistici. Gli addon sono componenti software modulari che si integrano in un flusso di lavoro per scalare o progettare nuovi algoritmi quantistici. Per saperne di più sull'insieme degli addon Qiskit disponibili e su come iniziare a usarli, visita la documentazione.

L'ecosistema Qiskit

Oltre a Qiskit, esistono molti progetti open source che usano il nome "Qiskit" ma non fanno parte di Qiskit in sé; piuttosto, si interfacciano con Qiskit e possono offrire funzionalità aggiuntive di valore per integrare il flusso di lavoro Qiskit di base. Alcuni di questi progetti sono mantenuti dai team di IBM Quantum, mentre altri sono supportati dalla più ampia comunità open source. Il Qiskit SDK è progettato in modo modulare ed estensibile per rendere semplice per gli sviluppatori la creazione di progetti come questi che ne estendono le capacità.

Alcuni progetti popolari nell'ecosistema Qiskit includono:

• Qiskit Aer (qiskit-aer) - un pacchetto per simulatori di calcolo quantistico con modelli di rumore realistici. Fornisce interfacce per eseguire circuiti quantistici con o senza rumore utilizzando diversi metodi di simulazione. Mantenuto da IBM Quantum.
• qBraid SDK (qbraid) - un framework di runtime quantistico indipendente dalla piattaforma sia per fornitori di software che di hardware quantistico, progettato per semplificare la gestione dell'intero ciclo di vita dei job quantistici — dalla definizione delle specifiche del programma all'invio del job, fino alla post-elaborazione e alla visualizzazione dei risultati. Mantenuto da qBraid.
• mthree mthree - un pacchetto per l'implementazione di M3 (Matrix-free Measurement Mitigation), una tecnica di mitigazione della misura che risolve le probabilità di misura corrette tramite un passaggio di riduzione della dimensionalità seguito da fattorizzazione LU diretta oppure da un metodo iterativo precondizionato che converge nominalmente in O(1) passi, e può essere calcolato in parallelo. Mantenuto da IBM Quantum.

Puoi trovare un catalogo di progetti nella pagina dell'ecosistema Qiskit, insieme a informazioni su come candidare il tuo progetto.

Passi successivi

Raccomandazioni

• Scopri la libreria di circuiti e istruzioni disponibile nella libreria di circuiti di Qiskit.
• Leggi del transpiler Qiskit e delle numerose opzioni di transpilazione nella sezione Transpiler.
• Scopri come usare le primitive Qiskit per semplificare la programmazione quantistica.