Jak odesílat programy v Q# pomocí editoru Visual Studio Code

Odesílání úloh Q# do Azure Quantum

Naučte se používat VS Code ke spouštění, ladění a odesílání programu V# do Azure Quantum.

Požadavky

Podrobnosti o instalaci najdete v tématu Instalace sady QDK ve VS Code.

• Pracovní prostor Azure Quantum ve vašem předplatném Azure Pokud chcete vytvořit pracovní prostor, přečtěte si téma Vytvoření pracovního prostoru Azure Quantum.
• Nejnovější verze editoru Visual Studio Code nebo otevření editoru VS Code na webu
• Nejnovější verze rozšíření Azure Quantum Development Kit.

Načtení ukázkového programu v Q#

1. Ve VS Code vyberte Soubor > nový textový soubor a uložte ho jako RandomNum.qs.

2. Otevřete RandomNum.qs a zadejte sample, pak vyberte náhodný bit vzorek ze seznamu možností a uložte soubor.

   

Spuštění programu q#

1. Pokud chcete program otestovat místně na integrovaném simulátoru, klikněte na Spustit ze seznamu příkazů vedle operace vstupního bodu nebo stiskněte Ctrl+F5. Výstup se zobrazí v konzole ladění.

2. Pokud chcete program ladit před odesláním do Azure Quantum, klikněte na Ladit ze seznamu příkazů vedle operace vstupního bodu nebo stiskněte klávesu F5. Pomocí ovládacích prvků ladění v horní části můžete přejít k kódu a z tohoto kódu. Další informace o ladění programů v Q# naleznete v tématu Testování a ladění.

   

Vizualizace histogramu četnosti

Histogram frekvence představuje distribuci výsledků získaných z vícenásobného spuštění kvantového programu nebo "záběrů". Každý pruh v histogramu odpovídá možnému výsledku a jeho výška představuje počet pozorovaných výsledků. Histogram četnosti pomáhá vizualizovat rozdělení pravděpodobnosti těchto výsledků.

1. Vyberte Zobrazit –> Paleta příkazů a zadejte histogram, který by měl zobrazit soubor Q#: Spustit soubor a zobrazit možnost histogramu . Můžete také kliknout na Histogram ze seznamu příkazů vedle operace vstupního bodu. Tuto možnost vyberte, pokud chcete otevřít okno histogramu Q#.

   

2. Zadejte počet snímků pro spuštění programu, například 100 snímků, a stiskněte Enter. Histogram se zobrazí v okně histogramu Q#.

3. Kliknutím na ikonu nastavení vlevo nahoře zobrazíte možnosti.

   

4. Kliknutím na pruh zobrazíte procento tohoto výsledku. V tomto případě existují dva možné výsledky, 0 a 1 a procento každého výsledku se blíží 50 %.

   

Vizualizace kvantového okruhu

Diagramy kvantových obvodů představují vizuální znázornění kvantových operací. Zobrazují tok qubitů prostřednictvím kvantového programu, včetně bran a měření použitých na ně. Další informace najdete v tématu Diagramy kvantových obvodů v editoru Visual Studio Code.

1. Vyberte Zobrazit –> Paleta příkazů a zadejte "okruh", který by měl vyvolat možnost Q#: Zobrazit okruh . Můžete také kliknout na Okruh ze seznamu příkazů vedle operace vstupního bodu.

   

2. Okruh se zobrazí v okně okruhu Q#. Diagram okruhu znázorňuje jeden qubitový registr, který je inicializován do stavu |0⟩. Pak se na qubit použije brána Hadamard H, následovaná měrnou operací, která je reprezentována symbolem měřiče. Další informace najdete v tématu Konvence kvantových obvodů.

   

Připojení k Azure Quantum a odeslání úlohy

Úlohy můžete připojit a odeslat přímo z editoru VS Code. V tomto příkladu odešlete úlohu do simulátoru Rigetti.

1. Vyberte Zobrazit –> Paleta příkazů a zadejte Q#: Připojte se k pracovnímu prostoru Azure Quantum. Stiskněte klávesu Enter.

2. Vyberte účet Azure a podle pokynů se připojte k preferovanému adresáři, předplatnému a pracovnímu prostoru.

   Poznámka:

   Pokud máte připojovací řetězec, můžete vybrat Připojovací řetězec a vložit připojovací řetězec odpovídající pracovnímu prostoru Azure Quantum. Další informace najdete v tématu Připojení k pracovnímu prostoru Quantum pomocí připojovací řetězec.

3. Po připojení rozbalte v podokně Průzkumníka pracovní prostory Quantum.

4. Rozbalte pracovní prostor a rozbalte poskytovatele Rigetti .

   Poznámka:

   Pokud dojde k problému s připojením k Azure Quantum, zobrazí se vedle názvu pracovního prostoru ikona upozornění. Najeďte myší na název pracovního prostoru, aby se zobrazily informace o chybě.

5. Vyberte jako svůj targetsoubor rigetti.sim.qvm .

   

6. Výběrem ikony přehrávání napravo od target názvu zahájíte odesílání aktuálního programu Q#. Pokud se zobrazí místní nabídka, vyberte Změnit profil QIR target a pokračujte.

   

7. Přidejte název pro identifikaci úlohy.

8. Přidejte počet snímků nebo počet spuštění programu.

9. Stisknutím klávesy Enter odešlete úlohu. Stav úlohy se zobrazí v dolní části obrazovky.

10. Rozbalte úlohy a najeďte myší na úlohu, která zobrazuje časy a stav vaší úlohy.

11. Pokud chcete zobrazit výsledky, vyberte ikonu cloudu vedle názvu úlohy, abyste si stáhli výsledky z úložiště pracovního prostoru a zobrazili ho ve VS Code.

    

Odesílání úloh Jupyter Notebooks do Azure Quantum

Naučte se používat VS Code ke spouštění, ladění a odesílání poznámkového bloku Jupyter v Q# do Azure Quantum. Postup v tomto článku platí také pro poznámkové bloky Jupyter na místním serveru Nebo poznámkových blocích Jupyter na portálu Azure Quantum.

Požadavky

Podrobnosti o instalaci najdete v tématu Instalace sady QDK ve VS Code.

• Pracovní prostor Azure Quantum ve vašem předplatném Azure Pokud chcete vytvořit pracovní prostor, přečtěte si téma Vytvoření pracovního prostoru Azure Quantum.

• Prostředí Pythonu s nainstalovaným Pythonem a Pipem

• VS Code s nainstalovanými rozšířeními Azure Quantum Development Kit, Python a Jupyter

• Azure Quantum qsharp, qsharp-widgetsa azure-quantum balíčky a ipykernel balíček.

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

Spuštění a otestování programu v místním simulátoru

1. Ve VS Code vyberte paletu Zobrazit > příkaz a vyberte Vytvořit: Nový poznámkový blok Jupyter.

2. V pravém horním rohu nástroj VS Code rozpozná a zobrazí verzi Pythonu a virtuálního prostředí Pythonu, které bylo vybráno pro poznámkový blok. Pokud máte více prostředí Pythonu, možná budete muset vybrat jádro pomocí nástroje pro výběr jádra v pravém horním rohu. Pokud nebylo zjištěno žádné prostředí, informace o nastavení najdete v poznámkových blocích Jupyter v editoru VS Code .

3. V první buňce poznámkového bloku spusťte následující kód Pythonu a naimportujte potřebné moduly:

   import qsharp
   import azure.quantum
   

   • Modul qsharp aktivuje %%qsharp příkaz magic, který umožňuje zadat kód Q# přímo do buňky.
   • Tento azure-quantum modul poskytuje připojení k pracovnímu prostoru Azure Quantum.

   Poznámka:

   Pokud se nerozpozná jádro ipykernel Jupyter Pythonu, VS Code vás vyzve k jeho instalaci.

4. Přidejte další buňku a zadejte tento kód Q#, který vrací počet náhodných bitů zadaný uživatelem:

   Poznámka:

   Všimněte si, že jakmile zadáte příkaz %%qsharpmagic, buňka poznámkového bloku se změní z Pythonu na Q#.

   %%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();
           set results += [r];
       }
       return results
   }
   

5. K otestování operace můžete použít metodu eval , která může volat libovolnou operaci Q#, která byla dříve definovaná v poznámkovém bloku:

   qsharp.eval("RandomNBits(4)")
   

   [Zero, One, One, Zero]
   

6. Ke spuštění programu do místního simulátoru použijte metodu run . shotsZadejte , nebo kolikrát se má program spustit, a simulátor vrátí výsledky jako seznam Pythonu.

   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]]
   

Vizualizace kvantového okruhu

Kvantové okruhy můžete vizualizovat qsharp-widgets pomocí balíčku. Tento balíček poskytuje widget, který vykresluje diagram kvantového obvodu jako obrázek SVG. Další informace najdete v tématu Diagramy kvantových obvodů s poznámkovými bloky Jupyter.

Přidejte do nové buňky následující kód pro vizualizaci okruhu:

from qsharp_widgets import Circuit

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

Další informace najdete v tématu Konvence kvantových obvodů.

Kompilace úlohy pomocí základního profilu

Při spouštění programů v místním kvantovém simulátoru můžete odeslat libovolný typ programu Q#. Hardware targets Azure Quantum ale zatím nepodporuje všechny funkce potřebné ke spuštění všech programů q#. Abyste mohli kompilovat a odesílat programy Q# do Azure Quantum, musíte nastavit profil target tak, aby q# řekl, jaké funkce target váš hardware podporuje. V současné době se jedná o základní profil. Další informace najdete v tématu Typy profilů v Azure Quantum.

Opětovné inicializace interpreta Q# a kompilace programu pomocí základního profilu:

1. init K nastavení profilu použijte metodu:

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

2. Vzhledem k tomu, že jste interpret znovu inicializovali, musíte znovu spustit kód s novým profilem:

   %%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();
           set results += [r];
       }
       return results
   }
   

3. Dále použijte metodu compile k určení operace nebo funkce, která je vstupním bodem programu. Tento kód se zkompiluje do formátu QIR, který se pak dá odeslat do libovolného kvantového hardwaru:

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

Připojení k Azure Quantum a odeslání úlohy

Teď, když máte program zkompilovaný do správného formátu, vytvořte azure.quantum.Workspace objekt pro připojení k Azure Quantum. K připojení použijete ID prostředku pracovního prostoru Azure Quantum. ID prostředku a umístění je možné zkopírovat ze stránky přehledu pracovního prostoru na webu Azure Portal.

1. V nové buňce vyplňte ID prostředku a umístění z pracovního prostoru Azure Quantum:

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

2. get_targets Pomocí této metody můžete zobrazit dostupný hardware targets v pracovním prostoru:

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

3. Vyberte :rigetti.sim.qvmtarget

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

4. Nakonec pomocí submit metody odešlete program s jeho parametry a zobrazte výsledky:

   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. Všechny vlastnosti úlohy jsou přístupné například:job.details

   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
   

Další podrobnosti o úloze

Balíček azure.quantum Pythonu obsahuje další metody pro zobrazení podrobnějších dat úlohy.

• job.get_results_histogram(): Tato metoda vrátí slovník výsledků a počet snímků pro každé jedinečné měření. Například výsledky pro předchozí úlohu by měly být

  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() : Tato metoda vrátí seznam každého snímku výsledku. Například výsledky pro předchozí úlohu by měly být

  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], ...]
  

Odesílání Pythonu s úlohami Q# do Azure Quantum

Zjistěte, jak pomocí VS Code napsat program Pythonu, který volá operace Q#, připojit se k Azure pomocí příkazů Pythonu nebo Azure CLI a odeslat úlohu.

Požadavky

Podrobnosti o instalaci najdete v tématu Instalace sady QDK ve VS Code.

• Pracovní prostor Azure Quantum ve vašem předplatném Azure Pokud chcete vytvořit pracovní prostor, přečtěte si téma Vytvoření pracovního prostoru Azure Quantum.
• Prostředí Pythonu s nainstalovaným Pythonem a Pipem
• VS Code s nainstalovanou sadou Azure Quantum Development Kit a rozšířením Pythonu
• Azure Quantum qsharp a azure-quantum balíčky.
• Azure CLI s nainstalovaným nejnovějším rozšířením Azure Quantum

Vytvoření a import operací Q#

qsharp Pomocí balíčku můžete ukládat funkce a operace v souborech Q# a vytvářet projekty Q#, které umožňují volání libovolného z nich z kódu Pythonu. To je užitečné hlavně v případě, že potřebujete spustit program, který přebírá vstupní parametry.

1. Podle pokynů vytvořte projekt V jazyce Q#.

2. Otevřete nový textový soubor, přidejte následující kód Q#, který vrátí uživatelem zadaný počet náhodných bitů, a uložte soubor do adresáře /src v projektu jako Source.qs.

   
       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();
           set results += [r];
       }
       return results
   }
   

3. V kořenové složce projektu (se souborem qsharp.json ) otevřete jiný soubor a uložte ho jako randomNum.py.

4. Přidejte následující kód pro import modulů qsharp a azure.quantum modulů.

   import qsharp
   import azure.quantum
   

5. Dále přidejte kód, který definuje kořenovou složku projektu Q# a otestuje target operaci v místním simulátoru. Operace je volána oborem <názvů>.<operation_name( )> a v tomto případě předáváte počet náhodných bitů, které se mají vrátit.

   Poznámka:

   Protože nebyl Source.qszadán žádný obor názvů , kompilátor používá název souboru jako výchozí obor názvů - Source.RandomNBits(). Další informace naleznete v tématu Projekty a implicitní obory názvů.

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

   [Zero, One, One, Zero]
   

6. Můžete také otestovat operaci pomocí run metody, která předá další shots parametr, a vrátí výsledky v seznamu Pythonu. Nahraďte randomNum.pypředchozí příkaz print následujícím kódem:

   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]]
   

Kompilace úlohy pomocí základního profilu

Při spouštění programů v místním kvantovém simulátoru můžete odeslat libovolný typ programu Q#. Hardware targets Azure Quantum ale zatím nepodporuje všechny funkce potřebné ke spuštění všech programů q#. Abyste mohli kompilovat a odesílat programy V# do Azure Quantum, musíte nastavit svůj target profil tak, aby q# řekl, jaké funkce target váš hardware podporuje. V současné době se jedná o Base profil nebo Adpative_RI profil. Další informace najdete v tématu Typy profilů v Azure Quantum.

1. init K nastavení profilu použijte metodu:

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

   Poznámka:

   Vzhledem k tomu, že znovu inicializujete stav qsharp, musíte parametr znovu nastavit project_root , aby kompilátor věděl, kde operaci najít RandomNBits . To bylo možné provést také v kroku 5 předchozího postupu.

2. Pak použijte metodu compile k určení operace nebo funkce, která je vstupním bodem programu. Kompilovaný program je pak možné odeslat do libovolného kvantového hardwaru:

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

Připojení k Azure Quantum a odeslání úlohy

Ke službě Azure Quantum se můžete připojit a odeslat úlohu pomocí objektu vytvořeného Workspace v Pythonu nebo připojit a odeslat úlohu pomocí Azure CLI. Použití Azure CLI vyžaduje, abyste kompilovaný program uložili jako textový soubor a tento soubor odeslali pomocí příkazu rozhraní příkazového řádku.