Amazon Braket – 开始使用量子计算

去年，我向您介绍了 Amazon Braket，并解释了量子计算的基础知识，从量子位开始，一直发展到量子电路。在预览期间，Enel、Fidelity（使用 Amazon Web Services 探索量子计算）和 Volkswagen 等 AWS 客户一直在使用 Amazon Braket 探索和获取量子计算方面的体验。

我很高兴地宣布， Amazon Braket 现已全面推出，您现在可以使用 D-Wave、IonQ 和 Rigetti 的经典动力电路模拟器和量子计算机。今天，我将向您展示这两个元素，创建和模拟一个简单的电路，然后在真实的硬件（也称为 QPU 或量子处理单元）上运行它。

创建和模拟一个简单的电路
正如我在帖子前文提到的，您可以通过笔记本式界面访问 Amazon Braket。首先，打开 Amazon Braket 控制台，选择所需的区域（稍后详细介绍），然后单击创建笔记本实例：

给我的笔记本取一个名字 (amazon-braket-jeff-2)，选择一个实例类型，然后选择一个 IAM 角色。在此示例中，我还选择退出 root 用户访问权限并放弃使用加密密钥。我可以选择在 VPC 中运行笔记本，也可以（在其他设置中）更改笔记本的 EBS 卷大小。我做出所有选择，然后单击创建笔记本实例以继续：

我的笔记本在几分钟内准备就绪，然后，我单击进行访问：

笔记本型号基于 Jupyter，我首先浏览示例：

我点击 Superdense Coding 示例将其打开，然后阅读介绍和说明（如果您想了解更多信息，此处解释了该通信协议背后的数学和逻辑）：

笔记本可以在 Braket 的模拟器上或任何可用的量子计算机上运行代码：

# 为模拟器选择设备 ARN
device = AwsDevice("arn:aws:braket:::device/quantum-simulator/amazon/sv1")

该代码选择了 SV1 托管模拟器，该模拟器显示了它在较大电路（25 个或更多量子位）以及需要大量计算能力进行模拟的电路上的优势。对于小型电路，我还可以使用 Braket 开发工具包中的本地模拟器，该模拟器在笔记本实例上运行：

device = LocalSimulator()

我浏览笔记本的各个单元，单击运行箭头依次运行每个单元。笔记本中的代码使用 Braket API 从头开始构建量子电路，然后以ASCII形式显示它（q0 和 q1 是量子位，T 轴表示时间，以时刻表示）：

下一个单元格将创建一个任务，该任务在所选设备上运行电路并显示结果：

get_Result 函数在笔记本中定义。它将任务提交给设备、监视任务的状态，然后等待任务完成。然后，它将捕获结果（一组概率），将它们绘制在条形图上，然后返回概率。您可以通过查看函数中的代码来学习，电路运行了 1000 次；每次运行都称为一次“尝试”。 您可以从上面的屏幕截图中看到，任务返回的计数累计为 1000（504 和 496）。Amazon Braket 允许您为每个任务指定 10 至 100000 次尝试（取决于设备）；尝试次数越多，准确性就越高。

笔记本电脑中的其余单元格与其他可能的消息一起运行相同的电路，并验证结果是否符合预期。您可以自己运行此实例（以及许多其他示例）以了解更多信息！

在实际硬件上运行
Amazon Braket 提供三家制造商的 QPU 访问权限。我单击控制台中的设备以了解更多信息：

每个 QPU 与特定的 AWS 区域相关联，并且还具有唯一的 ARN。我可以单击设备卡以了解有关设备供电技术的更多信息（这听起来确实很科幻，但我可以向您保证它是真实的），并且还可以看到 ARN：

我在笔记本中创建一个新的单元格，然后复制/粘贴一些代码以在 Rigetti Aspen-8 上运行电路：

device = AwsDevice("arn:aws:braket:::device/qpu/rigetti/Aspen-8")
counts = get_result(device, circ, s3_folder)
print(counts)

这将创建任务并为 QPU 排队。我可以在与 QPU 关联的区域中切换到控制台，然后查看任务：

D-Wave QPU 全天候处理 Braket 任务。其他 QPU 当前在特定时间窗口内处理 Amazon Braket 任务，如果在关闭窗口时创建任务，则这些任务会排队。我的任务完成后，其状态将更改为已完成，并生成一个 CloudWatch 事件：

Amazon Braket API
我使用控制台创建笔记本并管理量子计算任务，但同时也提供 API 和 CLI 支持。以下是几个最重要的 API 函数：

CreateQuantumTask – 创建在模拟器或 QPU 上运行的任务。

GetQuantumTask – 获取有关任务的信息。

SearchDevices – 使用基于属性的搜索来找到合适的 QPU。

GetDevice – 获取有关特定 QPU 的详细信息。

从笔记本中的代码可以看到，您可以编写使用 Amazon Braket 开发工具包的代码，包括 Circuit、Gates、Moments 和 AsciiCircuitDiagram 模块。

注意事项
评估 Amazon Braket 时，请记住以下几个重要事项：

新兴技术 – 量子计算是一个新兴领域。尽管你们中的某些人已经是专家，但是我们其他人需要一些时间来理解概念和技术，并弄清楚如何使用它们。

计算范式 – QPU（可以通过 Amazon Braket 访问）支持两种不同的范例。IonQ 和 Rigetti QPU 以及模拟器支持基于电路的量子计算，而 D-Wave QPU 支持量子退火。您不能在支持一个范例的 QPU 上运行针对另一个范例设计的问题，因此需要在探索性旅程的早期选择合适的 QPU。

定价 – 您运行的每个任务都将针对每个任务产生费用并特定于您所使用的 QPU 类型，针对每次尝试产生额外费用。使用模拟器会产生按小时、按秒（最少 15 秒）计费的费用。笔记本的定价与 SageMaker 相同。有关更多信息，请参阅 Amazon Braket 定价页面。

您还可以观看此 新视频 以了解更多信息：

立即尝试！
正如我之前提到的，这是一个新兴且令人兴奋的领域，期待您在有机会使用 Amazon Braket 后提供反馈。

— Jeff；