Pass Manager로 트랜스파일하기

패키지 버전

이 페이지의 코드는 다음 요구 사항을 사용하여 개발되었습니다. 아래 버전 이상을 사용하는 것을 권장합니다.

qiskit[all]~=2.3.0
qiskit-ibm-runtime~=0.43.1

Circuit을 트랜스파일하는 권장 방법은 staged pass manager를 생성한 후, Circuit을 입력으로 하여 run 메서드를 실행하는 것입니다. 이 페이지에서는 이 방법으로 양자 Circuit을 트랜스파일하는 방법을 설명합니다.

(Staged) Pass Manager란 무엇인가요?

Qiskit SDK의 맥락에서 트랜스파일이란, 입력 Circuit을 양자 디바이스에서 실행 가능한 형태로 변환하는 과정을 말합니다. 트랜스파일은 일반적으로 트랜스파일러 pass라고 불리는 일련의 단계로 이루어집니다. Circuit은 각 트랜스파일러 pass를 순서대로 처리하며, 한 pass의 출력이 다음 pass의 입력이 됩니다. 예를 들어, 한 pass는 Circuit을 순회하며 연속된 단일 Qubit Gate 시퀀스를 병합하고, 다음 pass는 이 Gate들을 대상 디바이스의 기저 집합으로 합성할 수 있습니다. Qiskit에 포함된 트랜스파일러 pass는 qiskit.transpiler.passes 모듈에 위치합니다.

Pass manager는 트랜스파일러 pass 목록을 저장하고 Circuit에서 실행할 수 있는 객체입니다. 트랜스파일러 pass 목록으로 PassManager를 초기화하여 pass manager를 생성합니다. Circuit에서 트랜스파일을 실행하려면, Circuit을 입력으로 하여 run 메서드를 호출합니다.

Staged pass manager는 일반 pass manager보다 한 단계 높은 추상화 수준을 나타내는 특별한 종류의 pass manager입니다. 일반 pass manager가 여러 트랜스파일러 pass로 구성되는 반면, staged pass manager는 여러 pass manager로 구성됩니다. 트랜스파일은 Transpiler 단계에서 설명한 것처럼 일반적으로 개별 단계로 이루어지며, 각 단계는 pass manager로 표현되기 때문에 이러한 추상화는 유용합니다. Staged pass manager는 StagedPassManager 클래스로 표현됩니다. 이 페이지의 나머지 부분에서는 (staged) pass manager를 생성하고 사용자 지정하는 방법을 설명합니다.

사전 설정된 Staged Pass Manager 생성하기

합리적인 기본값으로 사전 설정된 staged pass manager를 생성하려면, generate_preset_pass_manager 함수를 사용합니다:

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q numpy qiskit qiskit-ibm-runtime

from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.backend("ibm_fez")
pass_manager = generate_preset_pass_manager(
    optimization_level=3, backend=backend
)

Circuit 또는 Circuit 목록을 pass manager로 트랜스파일하려면, Circuit 또는 Circuit 목록을 run 메서드에 전달합니다. Hadamard Gate 뒤에 인접한 두 개의 CX Gate로 구성된 2-Qubit Circuit으로 실행해 봅시다:

from qiskit import QuantumRegister, QuantumCircuit

# Create a circuit
qubits = QuantumRegister(2, name="q")
circuit = QuantumCircuit(qubits)
a, b = qubits
circuit.h(a)
circuit.cx(a, b)
circuit.cx(b, a)

# Transpile it by calling the run method of the pass manager
transpiled = pass_manager.run(circuit)

# Draw it, excluding idle qubits from the diagram
transpiled.draw("mpl", idle_wires=False)

generate_preset_pass_manager 함수에 가능한 인수에 대한 설명은 트랜스파일 기본값 및 구성 옵션을 참조하세요. generate_preset_pass_manager의 인수는 transpile 함수의 인수와 동일합니다.

Pass manager 세부 사항이 기억나지 않으시나요? Qiskit Code Assistant에 물어보세요.

사전 설정된 pass manager가 필요에 맞지 않는 경우, (staged) pass manager 또는 트랜스파일 pass를 직접 생성하여 트랜스파일을 사용자 지정할 수 있습니다. 이 페이지의 나머지 부분에서는 pass manager를 생성하는 방법을 설명합니다. 트랜스파일 pass를 생성하는 방법은 나만의 Transpiler pass 작성하기를 참조하세요.

나만의 Pass Manager 생성하기

qiskit.transpiler.passes 모듈에는 pass manager를 생성하는 데 사용할 수 있는 많은 트랜스파일러 pass가 포함되어 있습니다. pass manager를 생성하려면, pass 목록으로 PassManager를 초기화합니다. 예를 들어, 다음 코드는 인접한 2-Qubit Gate를 병합한 후 $R_y$, $R_z$, $R_{xx}$ 기저로 합성하는 트랜스파일러 pass를 생성합니다.

from qiskit.transpiler import PassManager
from qiskit.transpiler.passes import (
    Collect2qBlocks,
    ConsolidateBlocks,
    UnitarySynthesis,
)

basis_gates = ["rx", "ry", "rxx"]
translate = PassManager(
    [
        Collect2qBlocks(),
        ConsolidateBlocks(basis_gates=basis_gates),
        UnitarySynthesis(basis_gates),
    ]
)

이 pass manager를 실제로 시연하기 위해, Hadamard Gate 뒤에 인접한 두 개의 CX Gate로 구성된 2-Qubit Circuit에서 테스트해 봅니다:

from qiskit import QuantumRegister, QuantumCircuit

qubits = QuantumRegister(2, name="q")
circuit = QuantumCircuit(qubits)

a, b = qubits
circuit.h(a)
circuit.cx(a, b)
circuit.cx(b, a)

circuit.draw("mpl")

Circuit에서 pass manager를 실행하려면, run 메서드를 호출합니다.

translated = translate.run(circuit)
translated.draw("mpl")

dynamical decoupling로 알려진 오류 억제 기법을 구현하기 위한 pass manager를 생성하는 방법을 보여주는 고급 예시는 dynamical decoupling를 위한 pass manager 생성하기를 참조하세요.

Staged Pass Manager 생성하기

StagedPassManager는 개별 단계로 구성된 pass manager이며, 각 단계는 PassManager 인스턴스로 정의됩니다. 원하는 단계를 지정하여 StagedPassManager를 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 다음 코드는 init과 translation의 두 단계로 구성된 staged pass manager를 생성합니다. translation 단계는 이전에 생성한 pass manager로 정의됩니다.

from qiskit.transpiler import PassManager, StagedPassManager
from qiskit.transpiler.passes import UnitarySynthesis, Unroll3qOrMore

basis_gates = ["rx", "ry", "rxx"]
init = PassManager(
    [UnitarySynthesis(basis_gates, min_qubits=3), Unroll3qOrMore()]
)
staged_pm = StagedPassManager(
    stages=["init", "translation"], init=init, translation=translate
)

staged pass manager에 넣을 수 있는 단계의 수에는 제한이 없습니다.

staged pass manager를 생성하는 또 다른 유용한 방법은 사전 설정된 staged pass manager로 시작한 후 일부 단계를 교체하는 것입니다. 예를 들어, 다음 코드는 최적화 레벨 3으로 사전 설정된 pass manager를 생성한 후, 사용자 정의 pre_layout 단계를 지정합니다.

import numpy as np
from qiskit.circuit.library import HGate, PhaseGate, RXGate, TdgGate, TGate
from qiskit.transpiler.passes import InverseCancellation

pass_manager = generate_preset_pass_manager(3, backend)
inverse_gate_list = [
    HGate(),
    (RXGate(np.pi / 4), RXGate(-np.pi / 4)),
    (PhaseGate(np.pi / 4), PhaseGate(-np.pi / 4)),
    (TGate(), TdgGate()),
]
logical_opt = PassManager(
    [
        InverseCancellation(inverse_gate_list),
    ]
)

# Add pre-layout stage to run extra logical optimization
pass_manager.pre_layout = logical_opt

stage generator 함수는 사용자 정의 pass manager를 구성하는 데 유용할 수 있습니다. 이 함수들은 많은 pass manager에서 공통적으로 사용되는 기능을 제공하는 단계를 생성합니다. 예를 들어, generate_embed_passmanager는 레이아웃 pass에서 선택된 초기 Layout을 지정된 대상 디바이스에 "임베드"하는 단계를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

다음 단계

권장 사항

• 사용자 정의 Transpiler pass 작성하기.
• dynamical decoupling를 위한 pass manager 생성하기.
• generate_preset_passmanager 함수에 대해 더 알아보려면, 트랜스파일 기본 설정 및 구성 옵션 항목을 참조하세요.
• Transpiler 설정 비교 가이드를 시도해 보세요.
• Transpiler API 문서를 검토하세요.