Pasy Transpilatora AI
# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q qiskit qiskit-ibm-runtime qiskit-ibm-transpiler
Pasy Transpilatora zasilane przez AI to pasy, które działają jako zamiennik tradycyjnych pasów Qiskit dla niektórych zadań transpilacji. Często dają lepsze wyniki niż istniejące algorytmy heurystyczne (takie jak mniejsza głębokość obwodu i liczba bramek CNOT), a jednocześnie są znacznie szybsze niż algorytmy optymalizacji, takie jak rozwiązywacze spełniania formuł boolowskich. Pasy Transpilatora AI mogą działać w środowisku lokalnym lub w chmurze za pomocą Qiskit Transpiler Service, jeśli korzystasz z planu IBM Quantum® Premium Plan, Flex Plan lub On-Prem (za pośrednictwem IBM Quantum Platform API) Plan.
Pasy Transpilatora zasilane przez AI są w wersji beta i mogą ulec zmianom. Jeśli masz uwagi lub chcesz skontaktować się z zespołem deweloperskim, skorzystaj z tego kanału Qiskit Slack Workspace.
Aktualnie dostępne są następujące pasy:
Pasy trasowania
AIRouting: Wybór układu i trasowanie Circuit
Pasy syntezy Circuit
AICliffordSynthesis: Synteza Circuit CliffordaAILinearFunctionSynthesis: Synteza Circuit funkcji liniowychAIPermutationSynthesis: Synteza Circuit permutacjiAIPauliNetworkSynthesis: Synteza Circuit sieci Pauliego
Aby korzystać z pasów Transpilatora AI, najpierw zainstaluj pakiet qiskit-ibm-transpiler. Odwiedź dokumentację API qiskit-ibm-transpiler, aby uzyskać więcej informacji o dostępnych opcjach.
Uruchamianie pasów Transpilatora AI lokalnie lub w chmurze
Jeśli chcesz bezpłatnie używać pasów Transpilatora zasilanych przez AI w swoim lokalnym środowisku, zainstaluj qiskit-ibm-transpiler z dodatkowymi zależnościami w następujący sposób:
pip install qiskit-ibm-transpiler[ai-local-mode]
Bez tych dodatkowych zależności pasy Transpilatora zasilane przez AI działają w chmurze za pośrednictwem Qiskit Transpiler Service (dostępne tylko dla użytkowników planu IBM Quantum Premium Plan, Flex Plan lub On-Prem (za pośrednictwem IBM Quantum Platform API) Plan). Po zainstalowaniu dodatkowych zależności domyślnym trybem uruchamiania pasów Transpilatora zasilanych przez AI jest korzystanie z lokalnego komputera.
Pas trasowania AI
Pas AIRouting pełni zarówno rolę etapu układu, jak i etapu trasowania. Można go użyć w ramach PassManager w następujący sposób:
from qiskit.transpiler import PassManager
from qiskit.circuit.library import efficient_su2
from qiskit_ibm_transpiler.ai.routing import AIRouting
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
backend = QiskitRuntimeService().backend("ibm_torino")
ai_passmanager = PassManager(
[
AIRouting(
backend=backend,
optimization_level=2,
layout_mode="optimize",
local_mode=True,
)
]
)
circuit = efficient_su2(101, entanglement="circular", reps=1)
transpiled_circuit = ai_passmanager.run(circuit)
Tutaj backend określa, dla której mapy sprzężeń przeprowadzać trasowanie, optimization_level (1, 2 lub 3) określa nakład obliczeniowy przeznaczony na ten proces (wyższy poziom zazwyczaj daje lepsze wyniki, ale trwa dłużej), a layout_mode określa sposób obsługi wyboru układu.
layout_mode oferuje następujące opcje:
keep: Respektuje układ ustawiony przez poprzednie pasy Transpilatora (lub używa trywialnego układu, jeśli nie jest ustawiony). Zwykle używany tylko wtedy, gdy Circuit musi być uruchamiany na konkretnych Qubitach urządzenia. Często daje gorsze wyniki, ponieważ ma mniej miejsca na optymalizację.improve: Używa układu ustawionego przez poprzednie pasy Transpilatora jako punktu startowego. Jest przydatny, gdy masz dobre wstępne przypuszczenie co do układu; na przykład dla Circuit zbudowanych w sposób, który w przybliżeniu odwzorowuje mapę sprzężeń urządzenia. Jest też przydatny, gdy chcesz wypróbować inne specyficzne pasy układu w połączeniu z pasemAIRouting.optimize: Jest to tryb domyślny. Działa najlepiej dla ogólnych Circuit, gdy nie masz dobrych przypuszczeń co do układu. Ten tryb ignoruje poprzednie wybory układu.local_mode: Ta flaga określa, gdzie uruchamiany jest pasAIRouting. JeśliFalse,AIRoutingdziała zdalnie za pośrednictwem Qiskit Transpiler Service. JeśliTrue, pakiet próbuje uruchomić pas w lokalnym środowisku, z możliwością awaryjnego przełączenia na tryb chmury, jeśli wymagane zależności nie zostaną znalezione.
Pasy syntezy Circuit AI
Pasy syntezy Circuit AI umożliwiają optymalizację fragmentów różnych typów Circuit (Clifford, Linear Function, Permutation, Pauli Network) poprzez ich resyntetyzowanie. Typowy sposób użycia pasu syntezy jest następujący:
from qiskit.transpiler import PassManager
from qiskit_ibm_transpiler.ai.routing import AIRouting
from qiskit_ibm_transpiler.ai.synthesis import AILinearFunctionSynthesis
from qiskit_ibm_transpiler.ai.collection import CollectLinearFunctions
from qiskit_ibm_transpiler.ai.synthesis import AIPauliNetworkSynthesis
from qiskit_ibm_transpiler.ai.collection import CollectPauliNetworks
from qiskit.circuit.library import efficient_su2
ibm_torino = QiskitRuntimeService().backend("ibm_torino")
ai_passmanager = PassManager(
[
AIRouting(
backend=ibm_torino,
optimization_level=3,
layout_mode="optimize",
local_mode=True,
), # Route circuit
CollectLinearFunctions(), # Collect Linear Function blocks
AILinearFunctionSynthesis(
backend=ibm_torino, local_mode=True
), # Re-synthesize Linear Function blocks
CollectPauliNetworks(), # Collect Pauli Networks blocks
AIPauliNetworkSynthesis(
backend=ibm_torino, local_mode=True
), # Re-synthesize Pauli Network blocks.
]
)
circuit = efficient_su2(10, entanglement="full", reps=1)
transpiled_circuit = ai_passmanager.run(circuit)
Synteza respektuje mapę sprzężeń urządzenia: można ją bezpiecznie uruchomić po innych pasach trasowania bez zakłócania Circuit, dzięki czemu ogólny Circuit nadal będzie zgodny z ograniczeniami urządzenia. Domyślnie synteza zastąpi oryginalny pod-Circuit tylko wtedy, gdy zsyntetyzowany pod-Circuit jest lepszy od oryginału (obecnie sprawdzana jest tylko liczba bramek CNOT), ale można wymusić zawsze zastępowanie Circuit ustawiając replace_only_if_better=False.
Następujące pasy syntezy są dostępne w qiskit_ibm_transpiler.ai.synthesis:
- AICliffordSynthesis: Synteza dla Circuit Clifford (bloki bramek
H,SiCX). Aktualnie obsługuje bloki do dziewięciu Qubitów. - AILinearFunctionSynthesis: Synteza dla Circuit Linear Function (bloki bramek
CXiSWAP). Aktualnie obsługuje bloki do dziewięciu Qubitów. - AIPermutationSynthesis: Synteza dla Circuit Permutation (bloki bramek
SWAP). Aktualnie dostępna dla bloków 65, 33 i 27 Qubitów. - AIPauliNetworkSynthesis: Synteza dla Circuit sieci Pauliego (bloki bramek
H,S,SX,CX,RX,RYiRZ). Aktualnie obsługuje bloki do sześciu Qubitów.
Oczekujemy stopniowego zwiększania rozmiaru obsługiwanych bloków.
Wszystkie pasy używają puli wątków do równoległego wysyłania kilku żądań. Domyślnie maksymalna liczba wątków to liczba rdzeni plus cztery (wartości domyślne dla obiektu Python ThreadPoolExecutor). Możesz jednak ustawić własną wartość za pomocą argumentu max_threads podczas tworzenia instancji pasu. Na przykład poniższa linia tworzy instancję pasu AILinearFunctionSynthesis, pozwalając mu używać maksymalnie 20 wątków.
AILinearFunctionSynthesis(backend=ibm_torino, max_threads=20) # Re-synthesize Linear Function blocks using 20 threads max
Możesz również ustawić zmienną środowiskową AI_TRANSPILER_MAX_THREADS na żądaną maksymalną liczbę wątków, a wszystkie pasy syntezy tworzone po tym ustawieniu będą używać tej wartości.
Aby pasy syntezy AI mogły zsyntetyzować pod-Circuit, musi on leżeć na połączonym podgrafie mapy sprzężeń (jednym ze sposobów na osiągnięcie tego jest użycie pasu trasowania przed zebraniem bloków, ale nie jest to jedyna metoda). Pasy syntezy automatycznie sprawdzają, czy konkretny podgraf jest obsługiwany; jeśli nie, wyświetlone zostanie ostrzeżenie i oryginalny pod-Circuit pozostanie bez zmian.
Następujące niestandardowe pasy kolekcji dla Cliffordów, funkcji liniowych i permutacji, które można importować z qiskit_ibm_transpiler.ai.collection, uzupełniają pasy syntezy:
- CollectCliffords: Zbiera bloki Clifforda jako obiekty
Instructioni przechowuje oryginalny pod-Circuit do porównania po syntezie. - CollectLinearFunctions: Zbiera bloki
SWAPiCXjako obiektyLinearFunctioni przechowuje oryginalny pod-Circuit do porównania po syntezie. - CollectPermutations: Zbiera bloki Circuit
SWAPjakoPermutations. - CollectPauliNetworks: Zbiera bloki sieci Pauliego i przechowuje oryginalny pod-Circuit do porównania po syntezie.
Te niestandardowe pasy kolekcji ograniczają rozmiary zebranych pod-Circuit, tak aby były obsługiwane przez pasy syntezy zasilane przez AI. Dlatego zaleca się ich użycie po pasach trasowania, a przed pasami syntezy, w celu uzyskania lepszej ogólnej optymalizacji.
Hybrydowa transpilacja Circuit heurystyczno-AI
qiskit-ibm-transpiler umożliwia skonfigurowanie hybrydowego menedżera pasów, który łączy zalety heurystyki Qiskit z pasami Transpilatora zasilanymi przez AI. Ta funkcja działa podobnie do metody generate_pass_manager Qiskit. Typowy sposób użycia generate_ai_pass_manager jest następujący:
from qiskit_ibm_transpiler import generate_ai_pass_manager
from qiskit.circuit.library import efficient_su2
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
backend = QiskitRuntimeService().backend("ibm_torino")
torino_coupling_map = backend.coupling_map
su2_circuit = efficient_su2(101, entanglement="circular", reps=1)
ai_transpiler_pass_manager = generate_ai_pass_manager(
coupling_map=torino_coupling_map,
ai_optimization_level=3,
optimization_level=3,
ai_layout_mode="optimize",
)
ai_su2_transpiled_circuit = ai_transpiler_pass_manager.run(su2_circuit)
W tym przykładzie używane są następujące opcje:
coupling_map- Określa, której mapy sprzężeń użyć do transpilacji.ai_optimization_level- Określa poziom optymalizacji (1-3) stosowany dla komponentów AI PassManager.optimization_level- Określa, ile optymalizacji wykonać na Circuit dla komponentów heurystycznych PassManager.ai_layout_mode- Określa, w jaki sposób część AI trasowania PassManager obsługuje układ. Zapoznaj się z sekcją pas trasowania AI, aby przejrzeć opcje konfiguracji tego parametruai_layout_mode.
Limity
Zapoznaj się z dokumentacją Qiskit Transpiler Service, aby uzyskać więcej informacji o limitach mających zastosowanie do pasów Transpilatora zasilanych przez AI.
Cytowanie
Jeśli używasz dowolnej funkcji zasilanej przez AI z Qiskit Transpiler Service w swoich badaniach, skorzystaj z zalecanego cytowania.