Qiskit : Le logiciel pour la performance quantique | Blog sur l’informatique quantique IBM

L’année dernière, nous sommes entrés dans une nouvelle ère de l’informatique quantique : l’ère de l’utilité quantique. Pour la première fois, les ordinateurs quantiques peuvent exécuter des circuits hors de portée de la force brute ou de la simulation classique exacte. Mais notre véritable objectif est que la communauté démontre l’avantage quantique en utilisant le traitement quantique à l’échelle industrielle afin de fournir de la valeur aux cas d’utilisation au-delà des méthodes classiques de pointe. L’essentiel de la découverte par nos utilisateurs de l’avantage quantique sera une pile logicielle hautement performante et stable pour permettre la prochaine génération d’algorithmes quantiques. Cela nécessitera un Qiskit plus performant.

Cette année, nous avons présenté la première version stable du kit de développement logiciel open source Qiskit Qiskit SDK 1.x. Mais Qiskit est bien plus que le logiciel de développement quantique le plus populaire au monde pour construire et construire des circuits quantiques. Nous redéfinissons Qiskit pour qu’il représente le logiciel full-stack pour le quantum chez IBM, en étendant le SDK Qiskit avec des logiciels et des services middleware pour écrire, optimiser et exécuter des programmes sur les systèmes IBM Quantum, y compris de nouveaux outils d’assistance au code génératif d’IA.

Qiskit concrétisera notre vision visant à apporter l’informatique quantique utile au monde.

Comment est-ce qu’on est arrivés ici?

Lorsque nous avons lancé Qiskit pour la première fois en tant que SDK en 2017, il est rapidement devenu l’outil de développement logiciel pour l’apprentissage et la recherche en informatique quantique. À ce jour, plus de 600 000 utilisateurs enregistrés ont exécuté plus de trois mille milliards de circuits sur des ordinateurs IBM Quantum à l’aide de Qiskit. Les chercheurs ont publié près de 2 900 articles de recherche avec Qiskit et les systèmes IBM, et plus de 700 universités à travers le monde ont développé des cours d’informatique quantique à l’aide de Qiskit. Il est devenu le kit de développement de logiciels open source préféré pour 69 % des personnes interrogées dans le cadre de l’enquête sur les logiciels open source Unitary Funds 2023.

Mais l’année dernière, nous avons démontré que les ordinateurs quantiques pouvaient être utilisés comme outils de découverte scientifique. Et désormais, avec nos ordinateurs quantiques de plus de 100 qubits, les utilisateurs peuvent commencer à extraire de réelles performances du matériel quantique. Les experts peuvent commencer à découvrir des algorithmes dans leurs domaines respectifs dans le but de trouver un avantage quantique. Qiskit, à son tour, doit évoluer pour devenir l’ensemble d’outils logiciels le plus performant pour fonctionner aux côtés du matériel informatique quantique le plus performant au monde.

Qiskit guidera les utilisateurs tout au long du parcours d’exécution de charges de travail quantiques à l’échelle utilitaire, de l’écriture du code au post-traitement des résultats et tout le reste.

Notre vision des logiciels quantiques

L’année dernière, nous avons introduit une recette reproductible pour développer des charges de travail quantiques appelée le modèle Qiskit, un parcours en quatre étapes au cours duquel les utilisateurs cartographient, optimisent, exécutent et post-traitent leurs circuits quantiques. Et voici comment Qiskit accompagnera les utilisateurs à chaque étape de ce voyage.

La première étape du modèle Qiskit consiste à mapper le problème aux circuits quantiques à l’aide du SDK Qiskit 1.x mis à jour. Qiskit SDK 1.x fait évoluer le kit de développement open source très populaire vers un outil hautement stable, fiable et à l’échelle utilitaire pour créer et optimiser des circuits et des opérateurs. Il permet de travailler avec les circuits quantiques de plus en plus complexes découverts par les utilisateurs disposant de centaines de qubits et de milliers de portes ou plus.

La deuxième étape consiste à optimiser les circuits à l’aide d’améliorations majeures des performances du SDK Qiskit et du nouveau service Qiskit Transpiler. Grâce au service Qiskit Transpiler, les utilisateurs peuvent réduire le nombre de portes à deux qubits de 42 % en moyenne en combinant l’IA et les passes heuristiques, par rapport à l’utilisation du transpileur Qiskit SDK.

Il y a deux ans, nous avons commencé à améliorer les performances de Qiskits en refactorisant les sections de code critiques en termes de performances de Python vers Rust. Nous n’avons pas encore terminé, mais cet effort donne déjà des résultats impressionnants. Par exemple, la liaison et la transpilation sont désormais 39 fois plus rapides qu’il y a deux ans avec Qiskit SDK 0.33. Un examen plus récent de l’utilisation de la mémoire permet désormais aux utilisateurs de travailler confortablement avec des circuits plus grands grâce à une réduction de plus de 3 fois de l’empreinte mémoire par rapport au Qiskit SDK 0.43. D’autres améliorations sont encore à venir.

Nous avons également expérimenté des méthodes de transpilation améliorées par l’IA, basées sur une approche d’apprentissage par renforcement. Cette exploration donne déjà des résultats prometteurs, avec une réduction à la fois du nombre de portes à deux qubits et de la profondeur des circuits sur une variété de circuits de référence. Nous mettons ces capacités de transpilation avancées à la disposition de nos utilisateurs Premium avec la version bêta du service Qiskit Transpiler. Il s’intègre parfaitement au SDK Qiskit en tant que plugin.

En savoir plus sur les mises à jour de Qiskit SDK 1.x dans le résumé de la version ici.

La troisième étape du modèle Qiskit consiste à exécuter des charges de travail à l’aide du service d’exécution Qiskit. Les utilisateurs remarqueront une refonte des Qiskit Primitives, l’échantillonneur et l’estimateur pour extraire les résultats des ordinateurs quantiques. Les Primitives définissent désormais l’interface avec les systèmes quantiques au sein de Qiskit. Le service d’exécution Qiskit exécute des requêtes primitives avec une atténuation avancée des erreurs intégrée et prend désormais en charge les circuits dynamiques dans l’échantillonneur.

En effectuant un zoom arrière, nous avons également publié Qiskit Serverless fin 2023. Serverless fournira les ressources appropriées requises pour exécuter des circuits quantiques. Mais nous devons continuer à faire évoluer Qiskit afin que les utilisateurs puissent étendre et réutiliser leur code alors que nous commençons à réfléchir aux charges de travail de production.

Nous travaillons à résumer les éléments de base que nous avons introduits dans le cadre du modèle Qiskit dans des composants appelés fonctions Qiskit au cours de l’année à venir. Les fonctions Qiskit seront un catalogue de fonctions de la couche sans serveur auxquelles les utilisateurs pourront accéder dans le cadre de leur flux de travail. Les fonctions Qiskit seront fournies à la fois par IBM et par des intégrateurs tiers pour certains types de problèmes. Ils peuvent inclure des routines personnalisées de gestion des erreurs, des techniques de post-traitement, etc.

Présentation de la pile Qiskit.

Développement sans friction avec AI + Fonctions

Mais vous n’êtes pas obligé de faire ce voyage seul. Depuis notre création, notre objectif principal est d’offrir une expérience de développement fluide. Lors de l’IBM Quantum Summit 2023, nous avons présenté en avant-première notre Qiskit AI Code Assistant pour rendre la programmation quantique encore plus facile. Et ce mois-ci, nous avons publié le service Qiskit Code Assistant en version alpha.

Qiskit Code Assistant est formé sur les fonctionnalités Qiskit SDK 1.x et IBM Quantum avec un modèle LLM basé sur IBM Granite, optimisé par Watsonx. Il comprend une extension Visual Studio Code et une intégration Jupyter Lab. Nous publierons le premier benchmark Qiskit HumanEval le mois prochain pour évaluer la capacité de Code Assistants à générer du code utilisable. Alors que nous travaillons sur une version bêta, nous espérons que vous commencerez à explorer comment Code Assistant et les modèles Qiskit peuvent accélérer votre flux de travail de développement.

Ce n’est qu’un début. Au cours des six prochains mois, nous continuerons à améliorer les performances de Qiskits en en faisant la pile logicielle quantique la plus performante.

Ensemble, cela fait partie de notre vision plus large de l’informatique quantique : la plateforme IBM Quantum, où Qiskit et les systèmes quantiques IBM équivalent à un travail à l’échelle des services publics. Qiskit est aussi important pour exécuter des charges de travail quantiques que notre matériel.

Suivez notre feuille de route de développement IBM Quantum pour voir comment Qiskit et les systèmes IBM Quantum évolueront à mesure que nous commençons à déployer des flux de travail quantiques pour les services publics et concrétisons notre vision d’une informatique quantique utile.