Muitos novos anúncios sobre avanços na tecnologia de computação quântica giram em torno de novos marcos sobre qubits ou da descoberta de novos algoritmos. No entanto, uma área importante que continua a melhorar é o que a GQI chama de MidStack. Conforme visto na imagem acima, isso inclui os componentes principais da pilha quântica, incluindo a estrutura, a arquitetura e a lógica de controle. (Você pode baixar vários relatórios do GQI sobre MidStack na página Relatórios GQI.)
Agora, a IBM e seus parceiros fizeram recentemente vários anúncios que irão aprimorar a experiência do usuário com o Qiskit, fornecendo funcionalidade aprimorada, maior eficiência e facilidade de uso com funções e ferramentas adicionais. Uma das limitações no uso da computação quântica é o que vemos como uma lacuna entre os especialistas no assunto da organização e os cientistas da computação quântica que entendem melhor como funciona a computação quântica. Portanto, essas funções e ferramentas adicionais podem ajudar a preencher a lacuna e facilitar a obtenção dos melhores resultados com o hardware quântico disponível.
A primeira melhoria anunciada pela IBM é o aumento de desempenho com o transpiler Qiskit. Acontece que traduzir um programa quântico de entrada do usuário em uma implementação eficiente de portas em um processador quântico é um processo complexo de otimizar. Você não apenas deseja que o transpiler crie uma implementação com o menor número de níveis e o menor número de portas, mas também deseja que o transpiler faça isso no menor tempo possível. Tudo isso é processamento primitivo, mas em alguns casos o transpilador pode levar horas ou dias para concluir a tarefa com a taxa de otimização mais alta. Conforme relatamos em nosso artigo sobre o Qiskit 1.2, a IBM tem trabalhado para melhorar a funcionalidade do Qiskit convertendo partes do código do Python para a linguagem funcional e de alto desempenho do Rust.
É útil ter uma maneira de medir o progresso nesse esforço, por isso a IBM também criou uma plataforma de benchmarking de código aberto chamada Benchpress, que pode testar e avaliar o desempenho de várias ferramentas de desenvolvimento de software. Este benchmark consiste atualmente em 1.066 casos de teste retirados de bibliotecas de terceiros, incluindo casos de teste usando até 930 qubits e 1 milhão de portas qubit. O software Benchpress irá verificar e relatar o número de testes que passaram, pularam ou falharam na conclusão da integração. Ele também relatará o tempo de execução, a contagem de portas de dois qubits e a profundidade das portas de dois qubits. A IBM usou testes Benchpress para comparar os resultados do Qiskit 1.2.0 com BQSKit 1.1.2, Braket 1.86.1, Cirq 1.4.1, Staq 3.5 e TKET 1.31.0.
Conforme mostrado nos gráficos abaixo, o Qiskit foi capaz de integrar com sucesso muitos casos de teste e fazer isso em muito menos tempo do que outros SDKs.
Em relação ao nível de melhoria alcançado por cada SDK, o TTKET está muito próximo do desempenho do Qiskit, mas os resultados dependeram da topologia do processador alvo (All-to-All, Square, Heavy-Hex ou Linear) e do teste individual caso. No geral, o Qiskit produziu 24% menos portas que o TKET e a mesma profundidade de porta. (Veja a Figura 3 e a Tabela II no artigo arXiv citado abaixo para obter detalhes.)
Também alertaremos nossos leitores que esses resultados representam um instantâneo no tempo. À medida que versões futuras desses SDKs forem lançadas, a funcionalidade de cada SDK poderá melhorar e os resultados relativos poderão mudar. Além disso, os resultados variam dependendo do caso de teste específico utilizado e da arquitetura do dispositivo alvo específico. Mas é útil ter uma nova ferramenta onde você possa avaliar o desempenho do SDK para que o desempenho de novas versões possa ser comparado.
Mais informações sobre o exercício de benchmarking do SDK da IBM e a ferramenta Benchpress podem ser encontradas em um blog postado no site da IBM aqui, um artigo técnico está incluído nele. arXiv aqui, e o repositório de código-fonte aberto Benchpress no GitHub aqui.
16 de setembro de 2024
