튜토리얼

이 튜토리얼을 활용하여 일반적인 양자 컴퓨팅 사용 사례에 Qiskit을 적용하는 방법을 배워보세요.

• 양자 컴퓨터에서 처음으로 코드를 실행하는 경우 시작하기 섹션의 튜토리얼부터 시작하세요.

• 어드밴티지를 향한 워크플로 탐색 섹션에는 실제 문제를 해결하기 위해 양자 컴퓨터를 사용하는 엔드투엔드 예제가 포함되어 있습니다. 이 튜토리얼은 고전 컴퓨터 대비 양자 컴퓨터의 계산 우위를 달성하기 위한 유망한 알고리즘에 초점을 맞춥니다.

• Qiskit 기능 활용 섹션에는 Qiskit 생태계의 최신 고급 기법을 사용하여 특정 워크플로의 일부 또는 전체를 개선하는 예제가 포함되어 있습니다.

시작하기

이 튜토리얼은 양자 컴퓨터에서 양자 알고리즘을 실행해 볼 준비가 된 초보자를 위한 것입니다.

• CHSH 부등식

어드밴티지를 향한 워크플로 탐색

이 섹션의 튜토리얼은 양자 알고리즘의 대규모 시연을 다룹니다.

검증 가능한 샘플링 알고리즘

이 카테고리의 알고리즘은 출력 분포가 구조적 문제의 해를 인코딩하며 출력이 검증 가능한 양자 Circuit에 초점을 맞춥니다. 검증 가능성이란 선택한 비트스트링을 평가하거나 거짓 양성이 발생하지 않음을 알고 있어 측정 데이터의 일관성을 확인할 수 있음을 의미합니다.

이 튜토리얼은 반복 샘플링을 통해 문제별 수량(예: 비용 함수 값 또는 스펙트럼 가중치)을 추정하는 기법을 강조합니다. 이러한 방법은 특히 대칭성이 있는 최적화 및 시뮬레이션 작업에 적합합니다.

• 화학 해밀토니안의 샘플 기반 양자 대각화

• 페르미온 격자 모델의 샘플 기반 Krylov 양자 대각화

• 기저 상태 추정을 위한 SqDRIFT 알고리즘

• 핵 해밀토니안의 풀링된 샘플 기반 양자 대각화

• 양자 근사 최적화 알고리즘

• QAOA의 고급 기법

• Optimization Mapper Qiskit addon으로 웜스타트 QAOA 실행하기

• 양자 근사 다목적 최적화

• max-cut 요구 사항을 줄이기 위한 Pauli 상관 인코딩

• Qiskit Serverless를 사용한 암시적 용매 계산

관측량 추정

이 튜토리얼은 양자 상태를 준비하고 관측량을 측정하여 에너지 또는 상관관계 값과 같이 물리적으로 의미 있는 수량을 추정하는 데 초점을 맞춥니다. 기법으로는 Circuit 표현력과 Circuit 깊이 효율성의 균형을 맞추는 변분적 접근법과 트로터화된 Circuit 접근법이 모두 포함됩니다. 양자 리소스 수요를 줄이면서 정확도를 유지하고, 화학 및 물리 시스템에서 관측량의 실용적인 추정을 가능하게 하는 워크플로에 중점을 둡니다.

• 양자 Circuit으로 양자 물질에서 중성자 산란 시뮬레이션하기

• AQC + Trotter 동역학 Serverless 워크플로우로 중성자 산란 시뮬레이션하기

• 격자 해밀토니안의 Krylov 양자 대각화

• 니시모리 상전이

• VQE를 이용한 하이젠베르크 체인의 기저 상태 에너지 추정

• 양자 커널 훈련

• 투영된 양자 커널을 이용한 특징 분류 향상

• CHSH 부등식

• 노이즈가 있는 양자 프로세서에서 강인하고 결맞음성 있는 비아벨 하드론 동역학 관찰하기

• Greenberger-Horne-Zeilinger 상태의 섀도 토모그래피

• 횡자기장 이징 모델의 시간 발전 시뮬레이션

내결함성 알고리즘

이 섹션은 미래의 오류 수정 양자 하드웨어에서 실행되도록 설계된, 이론적으로 잘 정의된 보장을 갖춘 알고리즘을 소개합니다. 이러한 알고리즘의 Circuit 또는 샘플링 오버헤드는 깊이 효율적이지 않은 방식으로 확장되므로, 내결함성 양자 컴퓨터가 존재할 때 양자 우위를 시연할 가능성이 더 높습니다. 이 튜토리얼은 이상적인 환경에서 방법이 작동하는 방식을 설명하고 소규모 예제를 시연합니다.

• 쇼어 알고리즘

• 그로버 알고리즘

Qiskit 기능 활용

이 섹션은 양자 알고리즘 실행 시 성능, 신뢰성, 속도를 향상시키는 Qiskit 생태계의 고급 기능을 소개합니다.

워크로드 최적화

워크로드 최적화는 고전 및 양자 리소스의 효율적인 오케스트레이션 또는 양자 Circuit 조작 개선을 위한 맞춤형 방법에 초점을 맞춥니다.

• QRMI로 양자 워크로드 실행

• 잘린 벨 쌍으로 동적 Circuit 벤치마킹

• 분수 게이트를 사용한 양자 커널

• Qiskit AI 기반 Transpiler 소개

• SABRE를 이용한 트랜스파일레이션 최적화

• 해밀토니안 시뮬레이션 Circuit을 위한 컴파일 방법

• 동적 Circuit을 이용한 장거리 얽힘

• 동적 Circuit을 이용한 킥 이징 해밀토니안 시뮬레이션

Qiskit Functions

Qiskit Functions는 Circuit, 분자, QUBO 등으로 대규모 실험을 쉽게 설계할 수 있도록 미리 패키징된 오류 관리 및 애플리케이션 도구 모음입니다.

• Circuit functions — 미리 구축된 트랜스파일레이션, 오류 억제, 오류 완화 파이프라인으로 새로운 알고리즘을 설계하세요.

  • Q-CTRL의 Performance Management를 이용한 횡자기장 이징 모델

  • Q-CTRL의 Qiskit Functions를 이용한 양자 위상 추정

  • QESEM 함수를 이용한 2D 기울어진 자기장 이징 시뮬레이션

  • TEM 함수를 이용한 킥 이징 모델 시뮬레이션

  • Quantum Elements의 Qiskit Function인 Orbit으로 QFT 프로세스 충실도 벤치마킹하기

• Application functions — 고전 솔버와 유사한 입출력으로 도메인별 문제를 실험해 보세요.

  • Global Data Quantum의 Portfolio Optimizer를 이용한 동적 포트폴리오 최적화

  • Q-CTRL의 Optimization Solver를 이용한 고차 이진 최적화

  • QUICK-PDE를 이용한 비점성 유체 흐름 모델링

  • Qunova HiVQE를 이용한 해리 PES 곡선

  • 하이브리드 양자 강화 앙상블 분류 (그리드 안정성 워크플로)

  • Kipu Quantum의 Iskay Quantum Optimizer로 시장 분할 문제 해결

  • Aqarios Constrained Quantum Optimizer로 최대 독립 집합 찾기

  • ParityQC Parity Twine Optimizer로 시장 분할 문제 해결

  • ParityQC Parity Twine Optimizer로 Sherrington-Kirkpatrick 모델 해결

Qiskit addons

Addons는 절단, 관측량 역전파, Circuit 근사화 등 고급 Circuit 조작을 가능하게 하여 증가된 고전 컴퓨팅 오버헤드를 감수하고 하드웨어 한계를 우회할 수 있도록 합니다.

• Trotter 오류를 줄이기 위한 다중 곱 공식

• 시간 진화 Circuit을 위한 근사 양자 컴파일

• 기댓값 추정을 위한 연산자 역전파 (OBP)

• 기댓값 추정을 위한 와이어 절단

• 주기적 경계 조건을 위한 Circuit 절단

• 깊이 감소를 위한 Circuit 절단

• M3를 이용한 Sampler 프리미티브의 읽기 오류 완화

오류 완화

오류 완화는 제어된 Circuit 조작과 후처리를 통해 정확한 기댓값을 복원함으로써 완전한 내결함성 없이 노이즈 문제를 해결합니다.

• 확률적 오류 증폭을 이용한 유틸리티 규모 오류 완화

• Estimator 프리미티브와 오류 완화 옵션 결합

• 음영 라이트콘을 사용한 확률적 오류 상쇄

• 전파된 노이즈 흡수(PNA)로 기댓값 개선하기

• qubit 선택을 위한 실시간 벤치마킹

• 실시간 벤치마킹으로 Backend 속성 새로 고침하기

• 논리 노이즈 모델을 사용한 확률적 오류 상쇄

오류 감지

오류 감지는 후처리를 통해 결함 있는 연산을 식별하여 샷별로 노이즈가 없는 결과를 반환합니다.

• 반복 코드

• 시공간 코드를 이용한 저오버헤드 오류 감지