Q#-programok beküldése a Visual Studio Code-tal

Q#-feladatok beküldése az Azure Quantumba

Megtudhatja, hogyan használhatja a VS Code-ot Q#-programok futtatására, hibakeresésére és elküldésére az Azure Quantumban.

Előfeltételek

A telepítés részleteiért lásd: QDK-bővítmény beállítása.

• Azure Quantum-munkaterület az Azure-előfizetésben. Munkaterület létrehozásához lásd : Azure Quantum-munkaterület létrehozása.
• A Visual Studio Code legújabb verziója, vagy nyissa meg a VS Code-ot a weben.
• Az Azure Quantum Development Kit bővítmény legújabb verziója.

Q#-mintaprogram betöltése

1. A VS Code-ban válassza az Új szövegfájl fájlja > lehetőséget, és mentse a fájlt RandomNum.qs formátumban.

2. Nyissa meg a RandomNum.qs fájlt, és írja be sample, majd válassza ki a Véletlenszerű bit mintát a lehetőségek listájából, és mentse a fájlt.

   

Q#-program futtatása

1. Ha helyileg szeretné tesztelni a programot a beépített szimulátoron, kattintson a Futtatás gombra a belépési pont művelet melletti parancsok listájából, vagy nyomja le a Ctrl+F5 billentyűkombinációt. A kimenet megjelenik a hibakeresési konzolon.

2. A program hibakereséséhez, mielőtt elküldené az Azure Quantumba, kattintson a Hibakeresés gombra a belépési pont művelet melletti parancsok listájából, vagy nyomja le az F5 billentyűt. A felül található hibakeresési vezérlőkkel lépkedhet át, léphet be és léphet ki a kódból. További információ a Q#-programok hibakereséséről: Tesztelés és hibakeresés.

   

A gyakoriság hisztogramjának megjelenítése

A frekvencia hisztogram a kvantumprogram többszöri futtatásából vagy "lövésekből" nyert eredmények eloszlását jelöli. A hisztogram minden sávja egy lehetséges eredménynek felel meg, magassága pedig az eredmény megfigyelésének hányszorosát jelöli. A gyakorisági hisztogram segít ezeknek az eredményeknek a valószínűségi eloszlásának megjelenítésében.

1. Válassza a Nézet –> Parancskatalógus lehetőséget, és írja be a "hisztogramot", amely a Q#: Fájl futtatása és a hisztogram megjelenítése lehetőséget jeleníti meg. A hisztogramra a belépési pont művelet melletti parancsok listájából is kattinthat. Ezzel a beállítással megnyithatja a Q# hisztogramablakot.

   

2. Adjon meg több lövést a program végrehajtásához, például 100 lövést, és nyomja le az Enter billentyűt. A hisztogram megjelenik a Q# hisztogram ablakban.

3. A beállítások megjelenítéséhez kattintson a bal felső beállítások ikonra .

   

4. Kattintson egy sávra az eredmény százalékos arányának megjelenítéséhez. Ebben az esetben két lehetséges eredmény létezik: 0 és 1, és az egyes eredmények százalékos aránya közel 50%.

   

A kvantum-kapcsolatcsoport vizualizációja

A kvantum-kapcsolatcsoportok diagramjai a kvantumműveletek vizuális ábrázolása. A qubitek kvantumprogramon keresztüli áramlását mutatják, beleértve a kapukat és a rajtuk alkalmazott méréseket is. További információt a Visual Studio Code kvantum-kapcsolatcsoport-diagramjaiban talál.

1. Válassza a Nézet –> Parancskatalógus lehetőséget, és írja be a "kapcsolatcsoport" kifejezést, amely a Q#: Kapcsolatcsoport megjelenítése lehetőséget jeleníti meg. A kapcsolatcsoportra a belépési pont művelet melletti parancsok listájából is kattinthat.

   

2. A kapcsolatcsoport megjelenik a Q#-kapcsolatcsoport ablakában. A kapcsolatcsoportdiagram egy qubitregisztrációs adatbázist mutat be, amelyet a rendszer a(z) |0⟩ állapotba inicializált. Ezután egy H hadamard kaput alkalmazunk a qubitre, majd egy mérési művelettel, amelyet egy mérőszimbólum jelöl. További információ: Kvantum-kapcsolatcsoportok konvenciók.

   

Csatlakozzon az Azure Quantumhoz, és küldje el a feladatát

A feladatokat közvetlenül a VS Code-ból csatlakoztathatja és küldheti el. Ebben a példában egy feladatot fog elküldeni a Rigetti-szimulátornak.

1. Válassza a Nézet –> Parancskatalógus lehetőséget, és írja be a Q#: Csatlakozás Azure Quantum-munkaterülethez. Nyomja le az Enter billentyűt.

2. Válassza ki az Azure-fiókot, és kövesse az utasításokat az előnyben részesített címtárhoz, előfizetéshez és munkaterülethez való csatlakozáshoz.

   Feljegyzés

   Ha rendelkezik kapcsolati sztring, kiválaszthatja a kapcsolati sztringet, és beillesztheti az Azure Quantum-munkaterületnek megfelelő kapcsolati sztring. További információ: Csatlakozás kvantum-munkaterülethez egy kapcsolati sztring használatával.

3. Miután csatlakozott, az Explorer panelen bontsa ki a Kvantum-munkaterületeket.

4. Bontsa ki a munkaterületet, és bontsa ki a Rigetti-szolgáltatót .

   Feljegyzés

   Ha probléma merül fel az Azure Quantumhoz való csatlakozáskor, a munkaterület neve mellett megjelenik egy figyelmeztető ikon. Mutasson a munkaterület nevére a hibainformációk megjelenítéséhez.

5. Válassza ki a rigetti.sim.qvm elemet.target

   

6. A név jobb oldalán target található lejátszás ikont választva megkezdheti az aktuális Q#-program beküldését. Ha megjelenik egy előugró ablak, válassza a QIR-profil target módosítása és a folytatás lehetőséget.

   

7. Adjon hozzá egy nevet a feladat azonosításához.

8. Adja hozzá a lövések számát vagy a program futtatásának számát.

9. Nyomja le az Enter billentyűt a feladat elküldéséhez. A feladat állapota a képernyő alján jelenik meg.

10. Bontsa ki a Feladatok elemet, és vigye az egérmutatót a feladat fölé, amely megjeleníti a feladat idejét és állapotát.

11. Az eredmények megtekintéséhez válassza a feladat neve melletti felhőikont, hogy letöltse az eredményeket a munkaterület tárolójából, és megjelenítse azt a VS Code-ban.

    

Jupyter Notebooks-feladatok beküldése az Azure Quantumba

Megtudhatja, hogyan használhatja a VS Code-ot Q# Jupyter-notebook futtatására, hibakeresésére és elküldésére az Azure Quantumba. A cikkben szereplő lépések a helyi Jupyter-kiszolgálón vagy az Azure Quantum Portalon található jegyzetfüzeteken található Jupyter-notebookokra is érvényesek.

Előfeltételek

A telepítés részleteiért lásd: QDK-bővítmény beállítása.

• Azure Quantum-munkaterület az Azure-előfizetésben. Munkaterület létrehozásához lásd : Azure Quantum-munkaterület létrehozása.

• Python-környezet, amelyen telepítve van a Python és a Pip .

• VS Code az Azure Quantum Development Kit, Python és Jupyter bővítményekkel.

• Az Azure Quantum qsharp, qsharp-widgetsés azure-quantum a csomagok, valamint a ipykernel csomag.

  python -m pip install --upgrade qsharp qsharp-widgets azure-quantum ipykernel
  

A program futtatása és tesztelése a helyi szimulátorban

1. A VS Code-ban válassza a > megtekintése lehetőséget, majd a Létrehozás: Új Jupyter-jegyzetfüzet lehetőséget.

2. A jobb felső sarokban a VS Code észleli és megjeleníti a Python verzióját és a jegyzetfüzethez kiválasztott virtuális Python-környezetet. Ha több Python-környezettel rendelkezik, előfordulhat, hogy ki kell választania egy kernelt a jobb felső sarokban található kernelválasztóval. Ha nem észlelt környezetet, a beállítási információkért tekintse meg a VS Code Jupyter-jegyzetfüzeteit.

3. A jegyzetfüzet első cellájában futtassa a következő Python-kódot a szükséges modulok importálásához:

   import qsharp
   import azure.quantum
   

   • A qsharp modul aktiválja a %%qsharp mágikus parancsot, amely lehetővé teszi, hogy Q#-kódot írjon be közvetlenül egy cellába.
   • A azure-quantum modul kapcsolatot biztosít az Azure Quantum-munkaterülethez.

   Feljegyzés

   Ha a Jupyter Python-kernel ipykernel nem észlelhető, a VS Code kérni fogja a telepítést.

4. Adjon hozzá egy másik cellát, és adja meg ezt a Q#-kódot, amely felhasználó által megadott számú véletlenszerű bitet ad vissza:

   Feljegyzés

   Figyelje meg, hogy amint beírja a magic parancsot%%qsharp, a jegyzetfüzet cellája Pythonról Q#-ra változik.

   %%qsharp
   
   operation Random() : Result {
       use q = Qubit();
       H(q);
       let result = M(q);
       Reset(q);
       return result
   }
   
   operation RandomNBits(N: Int): Result[] {
       mutable results = [];
       for i in 0 .. N - 1 {
           let r = Random();
           results += [r];
       }
       return results
   }
   

5. A művelet teszteléséhez használhatja a eval metódust, amely meghívhatja a jegyzetfüzetben korábban definiált bármely Q#-műveletet:

   qsharp.eval("RandomNBits(4)")
   

   [Zero, One, One, Zero]
   

6. A program helyi szimulátoron való futtatásához használja a metódust run . Adja meg, shotshogy hány alkalommal futtassa a programot, és a szimulátor Python-listaként adja vissza az eredményeket.

   qsharp.run("RandomNBits(4)", shots=10)
   

   [[One, One, One, One],
   [Zero, Zero, One, Zero],
   [One, Zero, Zero, One],
   [Zero, One, Zero, Zero],
   [One, Zero, One, One],
   [One, Zero, One, Zero],
   [One, One, One, Zero],
   [One, One, One, One],
   [Zero, Zero, Zero, One],
   [One, Zero, Zero, One]]
   

A kvantum-kapcsolatcsoport vizualizációja

A csomag használatával kvantum áramköröket jeleníthet meg qsharp-widgets . Ez a csomag egy widgetet biztosít, amely SVG-képként jeleníti meg a kvantumkörök diagramjait. További információ: Quantum circuit diagramok Jupyter Notebookokkal.

Adja hozzá a következő kódot egy új cellához a kapcsolatcsoport megjelenítéséhez:

from qsharp_widgets import Circuit

Circuit(qsharp.circuit("RandomNBits(4)"))

További információ: Kvantum-kapcsolatcsoportok konvenciók.

A feladat fordítása az Alapprofil használatával

Amikor programokat futtat a helyi kvantumszimulátoron, bármilyen Q#-programot elküldhet. Az Azure Quantum hardvere targets azonban még nem támogatja az összes Q#-program futtatásához szükséges összes képességet. A Q#-programok Azure Quantumba való fordításához és elküldéséhez be kell állítania a target profilját, hogy meg tudja mondani a Q#-nak, hogy mely képességeket támogatja a target hardver. Jelenleg ez az alapprofil. További információ: Profiltípusok az Azure Quantumban.

A Q#-értelmező újraincializálása és a program fordítása az alapprofillal:

1. A profil beállításához használja a init következő módszert:

   qsharp.init(target_profile=qsharp.TargetProfile.Base)
   

2. Mivel újraincializálta az értelmezőt, újra kell futtatnia a kódot az új profillal:

   %%qsharp
   
   operation Random() : Result {
       use q = Qubit();
       H(q);
       let result = M(q);
       Reset(q);
       return result
   }
   
   operation RandomNBits(N: Int): Result[] {
       mutable results = [];
       for i in 0 .. N - 1 {
           let r = Random();
           results += [r];
       }
       return results
   }
   

3. Ezután a compile metódussal adja meg azt a műveletet vagy függvényt, amely a program belépési pontja. Ez QIR formátumban fordítja le a kódot, amely ezután bármely kvantumhardverhez elküldhető:

   MyProgram = qsharp.compile("RandomNBits(4)")
   

Csatlakozzon az Azure Quantumhoz, és küldje el a feladatát

Most, hogy a program a megfelelő formátumban lett lefordítva, hozzon létre egy azure.quantum.Workspace objektumot az Azure Quantumhoz való csatlakozáshoz. A csatlakozáshoz az Azure Quantum-munkaterület erőforrás-azonosítóját fogja használni. Az erőforrás-azonosítót és a helyet átmásolhatja a munkaterület áttekintő oldaláról az Azure Portalon.

1. Egy új cellában adja meg az erőforrás-azonosítót és a helyet az Azure Quantum-munkaterületről:

   MyWorkspace = azure.quantum.Workspace(
       resource_id = "MyResourceID",
       location = "MyLocation"
   )
   

2. get_targets A módszerrel megtekintheti a munkaterületen elérhető hardverekettargets:

   MyTargets = MyWorkspace.get_targets()
   print("This workspace's targets:")
   MyTargets
   

3. Válassza a következőt rigetti.sim.qvmtarget:

   MyTarget = MyWorkspace.get_targets("rigetti.sim.qvm")
   

4. Végül a metódussal küldje el a submit programot a paramétereivel, és jelenítse meg az eredményeket:

   job = MyTarget.submit(MyProgram, "MyQuantumJob", shots=100)
   job.get_results()
   

   {'[0, 1, 1, 1]': 0.08,
    '[1, 1, 0, 0]': 0.1,
    '[0, 0, 1, 0]': 0.04,
    '[0, 1, 0, 0]': 0.05,
    '[1, 0, 1, 0]': 0.05,
    '[1, 0, 0, 0]': 0.07,
    '[0, 1, 0, 1]': 0.07,
    '[1, 0, 1, 1]': 0.07,
    '[0, 0, 0, 0]': 0.08,
    '[1, 1, 1, 0]': 0.05,
    '[0, 0, 0, 1]': 0.1,
    '[0, 0, 1, 1]': 0.04,
    '[0, 1, 1, 0]': 0.09,
    '[1, 0, 0, 1]': 0.04,
    '[1, 1, 1, 1]': 0.05,
    '[1, 1, 0, 1]': 0.02}
   

5. A feladat minden tulajdonsága elérhető job.details, például:

   print(job.details)
   print("\nJob name:", job.details.name)
   print("Job status:", job.details.status)
   print("Job ID:", job.details.id)
   

   {'additional_properties': {'isCancelling': False}, 'id': '0150202e-9638-11ee-be2f-b16153380354', 'name': 'MyQuantumJob', 'provider_id': 'rigetti'...}
   Job name: MyQuantumJob
   Job status: Succeeded
   Job ID: 0150202e-9638-11ee-be2f-b16153380354
   

További feladatok részletei

A azure.quantum Python-csomag további módszereket tartalmaz a részletesebb feladatadatok megjelenítéséhez.

• job.get_results_histogram(): Ez a metódus az egyes egyedi mérések eredményeinek és a lövések számának szótárát adja vissza. Az előző feladat eredményei például

  print(job.get_results_histogram()) 
  

  {   
      '[0, 1, 1, 1]' : {'Outcome' : [0, 1, 1, 1], 'Count' : 8},  
      '[1, 1, 0, 0]' : {'Outcome' : [1, 1, 0, 0], 'Count' : 10},
      '[0, 0, 1, 0]' : {'Outcome' : [0, 0, 1, 0], 'Count' : 4},
      '[0, 1, 0, 0]' : {'Outcome' : [0, 1, 0, 0], 'Count' : 5},
      '[1, 0, 1, 0]' : {'Outcome' : [1, 0, 1, 0], 'Count' : 5},  
      '[1, 0, 0, 0]' : {'Outcome' : [1, 0, 0, 0], 'Count' : 7},
      '[0, 1, 0, 1]' : {'Outcome' : [0, 1, 0, 1], 'Count' : 7},
      '[1, 0, 1, 1]' : {'Outcome' : [1, 0, 1, 1], 'Count' : 7},
      '[0, 0, 0, 0]' : {'Outcome' : [0, 0, 0, 0], 'Count' : 8},  
      '[1, 1, 1, 0]' : {'Outcome' : [1, 1, 1, 0], 'Count' : 5},
      '[0, 0, 0, 1]' : {'Outcome' : [0, 0, 0, 1], 'Count' : 10},
      '[0, 0, 1, 1]' : {'Outcome' : [0, 0, 1, 1], 'Count' : 4},
      '[0, 1, 1, 0]' : {'Outcome' : [0, 1, 1, 0], 'Count' : 9},  
      '[1, 0, 0, 1]' : {'Outcome' : [1, 0, 0, 1], 'Count' : 4},
      '[1, 1, 1, 1]' : {'Outcome' : [1, 1, 1, 1], 'Count' : 5},
      '[1, 1, 0, 1]' : {'Outcome' : [1, 1, 0, 1], 'Count' : 2}
  }
  

• job.get_results_shots() : Ez a metódus az egyes lövési eredmények listáját adja vissza. Az előző feladat eredményei például

  print(job.get_results_shots()) 
  

  [ [0, 1, 1, 1], [1, 0, 1, 1], [0, 0, 1, 1], [1, 1, 0, 1], [1, 0, 0, 0], [1, 0, 1, 1], [1, 1, 0, 1], ...]
  

Python beküldése Q#-feladatokkal az Azure Quantumba

Megtudhatja, hogyan írhat a VS Code használatával olyan Python-programot, amely Q#-műveleteket hív meg, csatlakozhat az Azure-hoz a Python-parancsokkal vagy az Azure CLI-vel, és hogyan küldheti el a feladatát.

Előfeltételek

A telepítés részleteiért lásd: QDK-bővítmény beállítása.

• Azure Quantum-munkaterület az Azure-előfizetésben. Munkaterület létrehozásához lásd : Azure Quantum-munkaterület létrehozása.
• Python-környezet, amelyen telepítve van a Python és a Pip .
• VS Code az Azure Quantum Development Kit és a Python-bővítmény telepítésével.
• Az Azure Quantum qsharp és a azure-quantum csomagok.
• Az Azure CLI a legújabb Azure Quantum-bővítményt telepítette.

Q#-műveletek létrehozása és importálása

qsharp A csomaggal Q#-fájlokban tárolhatja a függvényeit és műveleteit, és Q#-projekteket hozhat létre, amelyek segítségével bármelyikbe meghívhatja őket a Python-kódból. Ez különösen akkor hasznos, ha olyan programot kell elindítania, amely bemeneti paramétereket vesz fel.

1. Kövesse az alábbi lépéseket egy Q#-projekt létrehozásához.

2. Nyisson meg egy új szövegfájlt, adja hozzá a következő Q#-kódot, amely egy felhasználó által megadott számú véletlenszerű bitet ad vissza, és mentse a fájlt a könyvtárába.

   
       operation Random() : Result {
       use q = Qubit();
       H(q);
       let result = M(q);
       Reset(q);
       return result
   }
   
   operation RandomNBits(N: Int): Result[] {
       mutable results = [];
       for i in 0 .. N - 1 {
           let r = Random();
           results += [r];
       }
       return results
   }
   

3. A projekt gyökérmappájában (a qsharp.json fájllal együtt) nyisson meg egy másik fájlt, és mentse azt randomNum.py.

4. Adja hozzá a következő kódot a modulok és qsharp a modulok importálásáhozazure.quantum.

   import qsharp
   import azure.quantum
   

5. Ezután adjon hozzá kódot a Q#-projekt gyökérmappájának meghatározásához, és tesztelje a target műveletet a helyi szimulátoron. A műveletet névtér< hívja >meg.<operation_name( )>, és ebben az esetben a visszaadandó véletlenszerű bitek számát adja meg.

   Feljegyzés

   Mivel nem adott meg névteret, Source.qsa fordító a fájlnevet használja alapértelmezett névtérként – Source.RandomNBits(). További információ: Projektek és implicit névterek.

   qsharp.init(project_root = '../MyProjectRootFolder')
   print(qsharp.eval("Source.RandomNBits(4)"))
   

   [Zero, One, One, Zero]
   

6. A műveletet a metódussal run is tesztelheti, amely egy további shots paramétert ad át, és egy Python-listában adja vissza az eredményeket. Ebben randomNum.pyaz esetben cserélje le az előző nyomtatási utasítást a következőre:

   result = qsharp.run("Source.RandomNBits(4)", shots=10)
   for x in result:
       print(x)
   

   [[One, One, One, One],
   [Zero, Zero, One, Zero],
   [One, Zero, Zero, One],
   [Zero, One, Zero, Zero],
   [One, Zero, One, One],
   [One, Zero, One, Zero],
   [One, One, One, Zero],
   [One, One, One, One],
   [Zero, Zero, Zero, One],
   [One, Zero, Zero, One]]
   

A feladat fordítása az Alapprofil használatával

Amikor programokat futtat a helyi kvantumszimulátoron, bármilyen Q#-programot elküldhet. Az Azure Quantum hardvere targets azonban még nem támogatja az összes Q#-program futtatásához szükséges összes képességet. A Q#-programok Azure Quantum-ba való fordításához és elküldéséhez be kell állítania a target profilját, hogy meg tudja mondani a Q#-nak, hogy mely képességeket támogatja a target hardver. Jelenleg ez vagy a BaseAdpative_RI profil. További információ: Profiltípusok az Azure Quantumban.

1. A profil beállításához használja a init következő módszert:

   qsharp.init(project_root = '../MyProjectRootFolder', target_profile=qsharp.TargetProfile.Base)
   

   Feljegyzés

   Mivel újrainicializálja a qsharp-állapotot, újra be kell állítania a project_root paramétert, hogy a fordító tudja, hol találja a RandomNBits műveletet. Ez az előző eljárás 5. lépésében is történhetett volna.

2. Ezután a compile metódussal adja meg azt a műveletet vagy függvényt, amely a program belépési pontja. A lefordított program ezután bármely kvantumhardverbe beküldhető:

   MyProgram = qsharp.compile("Source.RandomNBits(4)")
   

Csatlakozzon az Azure Quantumhoz, és küldje el a feladatát

Csatlakozhat az Azure Quantumhoz, és elküldheti a feladatát egy Python által létrehozott Workspace objektummal, vagy csatlakozhat és elküldheti a feladatát az Azure CLI használatával. Az Azure CLI használatához szövegfájlként kell mentenie a lefordított programot, és be kell küldenie a fájlt egy CLI-paranccsal.