Programmazione NxM per il software quantistico: componenti di alto livello tra framework e motori

Abstract degli autori

Negli ultimi anni, la computazione quantistica è passata da un ambito puramente teorico a un settore attivo sia in ambito accademico sia industriale. Di conseguenza, è emersa l’ingegneria del software quantistico, un ambito che mira a organizzare il processo di sviluppo, test ed esecuzione del software quantistico. Tuttavia, scrivere software quantistico richiede ancora di programmare con gate quantistici e qubit, oltre a conoscere framework specifici per il software quantistico come Qiskit, Cirq, Qrisp, pyQuil e PennyLane, ognuno dei quali raggiunge l’hardware quantistico tramite la propria toolchain. Presentiamo Quanifi, che integra le routine di alto livello di questi framework come componenti nell’area di lavoro per i flussi di dati di Apache NiFi. I componenti si scambiano circuiti in formato OpenQASM 2.0, così un circuito creato con un framework può essere eseguito da un altro. Ciò consente due tipi di ridondanza: diversi framework implementano lo stesso algoritmo e diversi motori (simulatori o hardware reale) eseguono lo stesso circuito. Descriviamo l’esecuzione di programmi N$\times$M, che combina i due tipi: un singolo flusso NiFi esegue ciascuna delle $N$ implementazioni su ciascuno degli $M$ motori e, poiché ogni risultato è etichettato con la sua implementazione e il suo motore, un disaccordo può essere ricondotto a un’implementazione, a un motore o a una singola coppia implementazione-motore. Abbiamo eseguito l’algoritmo di Grover, realizzato da tre framework, su tre computer quantistici di IBM, IQM e Quantum Inspire, e una matrice di tre costruttori di sommatori su un singolo dispositivo IQM, raggiunto attraverso due percorsi. L’esecuzione N$\times$M ci ha aiutato a scoprire tre difetti reali: una dichiarazione errata del set di gate nell’adattatore di Quantum Inspire, un’esecuzione coerente con angoli $R_x$ negati su Tuna-17 e una modifica del circuito tramite Open Quantum. Gli ultimi due hanno restituito risposte errate senza segnalare errori. Abbiamo segnalato tutti e tre i difetti e il provider di Open Quantum ha confermato e corretto il proprio difetto nell’analisi di QASM.