Einführung in Qiskit

Der Name „Qiskit“ ist ein Oberbegriff für eine Sammlung von Software zur Ausführung von Programmen auf Quantencomputern. Am bekanntesten sind dabei das Open-Source-Qiskit SDK und die Laufzeitumgebung, auf die du über den IBM Quantum Compute Service (früher als Qiskit Runtime Service bekannt) zugreifst und über die du Workloads auf IBM® Quantenprozessoren (QPUs) ausführen kannst. Mit der Weiterentwicklung der Quantentechnologie entwickelt sich auch Qiskit weiter: Jedes Jahr erscheinen neue Funktionen, die diese Kernsammlung von Quantensoftware erweitern.

Darüber hinaus gehören viele Open-Source-Projekte zum breiteren Qiskit-Ökosystem. Diese Software-Tools sind nicht Teil von Qiskit selbst, sondern bieten Schnittstellen zu Qiskit und können wertvolle zusätzliche Funktionen bereitstellen.

IBM setzt sich für die verantwortungsvolle Entwicklung des Quantencomputings ein. Mehr dazu und unsere Grundsätze für verantwortungsvolles Quantencomputing findest du im Thema Verantwortungsvolles Quantencomputing.

Das Qiskit SDK

Das Qiskit SDK (Paketname qiskit) ist ein Open-Source-SDK für die Arbeit mit Quantencomputern auf der Ebene erweiterter (statischer, dynamischer und zeitlich geplanter) Quantenschaltkreise, Operatoren und Primitives. Diese Bibliothek ist die Kernkomponente von Qiskit; sie ist das größte Paket unter dem Namen Qiskit mit der umfangreichsten Sammlung von Werkzeugen für Quantenberechnungen, und viele andere Komponenten arbeiten mit ihr zusammen.

Zu den nützlichsten Funktionen des Qiskit SDK gehören:

• Werkzeuge zum Aufbau von Circuits (qiskit.circuit) - Zum Initialisieren und Bearbeiten von Registern, Circuits, Anweisungen, Gates, Parametern und Kontrollflussobjekten.

• Circuit-Bibliothek (qiskit.circuit.library) - Eine große Auswahl an Circuits, Anweisungen und Gates - zentrale Bausteine für schaltkreisbasierte Quantenberechnungen.

• Quantum-Info-Bibliothek (qiskit.quantum_info) - Ein Werkzeugkasten für die Arbeit mit Quantenzuständen, Operatoren und Kanälen mithilfe exakter Berechnungen (ohne Sampling-Rauschen). Verwende dieses Modul, um Eingabe-Observablen anzugeben und die Fidelity der Ausgaben von Primitive-Abfragen zu analysieren.

• Transpiler (qiskit.transpiler) - Zum Umwandeln und Anpassen von Quantenschaltkreisen an die Topologie eines bestimmten Geräts und zum Optimieren für die Ausführung auf echten Quantenprozessoren (QPUs).

• Primitives (qiskit.primitives) - Das Modul, das die Basisdefinitionen und Referenzimplementierungen der Primitives Sampler und Estimator enthält, von denen verschiedene Anbieter von Quantenhardware ihre eigenen Implementierungen ableiten können. Weitere Informationen zu den IBM Quantum-Primitives findest du in der Dokumentation.

Installation

Eine ausführlichere Einführung in die Installation des Qiskit SDK findest du auf der Installationsseite. Wenn du bereit bist, es jetzt zu installieren, führe einfach Folgendes aus:

pip install qiskit

Benchmarking

Benchmarking ist wichtig, um die relative Leistung von Quantensoftware in verschiedenen Phasen eines Entwicklungs-Workflows zu vergleichen. Benchmarking-Tests für Quantensoftware können zum Beispiel die Geschwindigkeit und Qualität beim Aufbauen, Bearbeiten und Transpilieren von Circuits untersuchen. IBM Quantum hat sich zum Ziel gesetzt, das leistungsfähigste SDK zu liefern, und deshalb wird das Qiskit SDK mit über 1.000 Tests geprüft, die von führenden Universitäten, nationalen Laboren und Forschenden bei IBM entwickelt wurden. Die für diese Tests verwendete Benchmarking-Suite namens Benchpress ist jetzt als Open-Source-Paket verfügbar. Mit dem Benchpress-Paket kannst du jetzt deine eigene Analyse der Leistung von Quantum-SDKs durchführen.

Nächste Schritte

Empfehlungen

• Lies mehr über die Bibliothek von Circuits und Anweisungen in der Qiskit-Circuit-Bibliothek.
• Lies im Abschnitt Transpiler über den Qiskit Transpiler und die vielen Optionen zur Transpilation.
• Erfahre, wie du die Primitive-Schnittstelle verwendest, um die Quantenprogrammierung zu vereinfachen.
• Sieh dir das Qiskit-Ökosystem an, das Open-Source-Projekte beherbergt, die mit Qiskit zusammenarbeiten und seine Funktionen erweitern