Nous sommes heureux d'annoncer la sortie de Pulser Studio, la première plateforme de développement à code zéro pour les ordinateurs quantiques à atomes neutres. Notre objectif est de libérer le potentiel de l'informatique quantique pour tous les utilisateurs et de leur permettre d'accélérer leurs applications en découvrant de nouvelles perspectives en matière d'informatique quantique. À PASQAL, nous croyons en une approche complète pour soutenir les capacités uniques des processeurs quantiques à atomes neutres. Pulser Studio est le dernier ajout à cette pile.
Atomes neutres
Des atomes neutres individuels piégés dans des pinces optiques peuvent être utilisés aujourd'hui comme plate-forme pour le traitement de l'information quantique. Dans ce type de configuration, l'information quantique est codée dans différents états électroniques et des impulsions laser sont utilisées pour piloter les transitions entre les états. L'intrication peut alors être générée en utilisant les interactions de Rydberg entre les différents atomes du registre quantique. Des informations plus détaillées sur l'informatique quantique avec des atomes neutres sont disponibles dans le PASQAL livre blanc de PASQAL] (https://arxiv.org/abs/2006.12326).
En utilisant différentes transitions électroniques, nous pouvons mettre en œuvre différents hamiltoniens en fonction de la tâche à accomplir. Cela permet de travailler avec différents modes de fonctionnement. L'informatique quantique numérique basée sur des portes est déjà bien connue et de nombreuses applications ont déjà été développées par différents acteurs dans ce domaine. Grâce à l'universalité de l'approche numérique, ces algorithmes devraient pouvoir être mis en œuvre sur n'importe quelle QPU numérique, y compris celles basées sur des atomes neutres. D'autre part, il est également possible de travailler en mode analogique, en exploitant les dispositifs NISQ pour obtenir un avantage quantique précoce. Pour en savoir plus sur les différences entre les deux approches, vous pouvez lire cet [article précédent]pasqal.
Pulseur
PASQAL a déjà développé Pulser, une bibliothèque Python à code source ouvert pour la programmation d'unités de traitement quantique (QPU) d'atomes neutres au niveau de l'impulsion. La nature à bas niveau de Pulser en fait un cadre polyvalent pour le contrôle quantique dans des environnements numériques et analogiques. La bibliothèque contient également des routines de simulation permettant d'étudier et d'explorer les résultats des séquences d'impulsions pour les petits systèmes. Pulser est également utilisé aujourd'hui comme interface principale pour l'écriture de tâches quantiques destinées aux QPUs PASQAL .
Éléments constitutifs d'une séquence d'impulsions
Les atomes individuels piégés sont les éléments fondamentaux de toute UPQ à atomes neutres. Pour chaque atome, l'information quantique est codée dans l'état quantique décrivant son excitation. En particulier, ces atomes peuvent être excités à l'état de Rydberg, |r⟩, où ils interagissent fortement avec les atomes de Rydberg voisins - c'est grâce à cette interaction que l'intrication est partagée dans tout le système.
Un registre est simplement un ensemble d'atomes neutres disposés dans une configuration spécifique. Cette configuration est cruciale car la force de l'interaction entre des atomes de Rydberg voisins dépend fortement de leur distance. Remarquablement, les QPUs d'atomes neutres permettent la disposition de ses atomes dans une configuration arbitraire, ce qui donne à l'utilisateur un degré supplémentaire de contrôle sur le système. Ainsi, c'est à l'utilisateur de choisir l'emplacement de chaque atome lors de la création du registre.
Les impulsions sont responsables de la transition cohérente entre deux niveaux d'énergie atomique. Elles décrivent la modulation de l'amplitude, de la fréquence et de la phase d'un signal sur une durée finie. En particulier, l'amplitude et la fréquence correspondent à la fréquence de Rabi et au désaccord qui régissent l'évolution de l'état quantique et sont représentées sous forme d'ondes.
À leur tour, les impulsions sont attribuées à des canaux. Un canal définit
1. The targeted atoms: a channel is Global when it targets the whole Register or Local when it targets an individual atom.</p>
2. The basis, which defines the two energy levels addressed by the pulses.
Mesure :
Enfin, la mesure termine une séquence en mesurant l'état de tous les atomes. La mesure étant binaire, elle doit être spécifiée par rapport à une base choisie.
Pulser Studio vous permet de contrôler tous les "boutons" et paramètres disponibles sur le matériel avec une grande liberté et une grande expressivité. Mais nous voulions aller plus loin et visualiser ces boutons pour vous et leurs effets sur la dynamique du système. Avec Pulser Studio, vous pouvez créer vos séquences d'impulsions étape par étape à l'aide d'une interface graphique accessible et obtenir un retour d'information immédiat sur vos séquences d'impulsions.
Avec Pulser Studio, vous êtes en mesure de comprendre facilement la technologie ou d'explorer ses capacités. Grâce à des pratiques de pointe en termes d'expérience utilisateur, vous pouvez prototyper intuitivement vos algorithmes sans écrire une seule ligne de code. Chaque étape du processus de création d'une séquence de pouls peut être réalisée à l'aide de widgets graphiques conviviaux qui vous fournissent des informations interactives.
Voici un guide étape par étape montrant comment créer une séquence d'impulsions à l'aide de Pulser Studio.
Sélection de l'appareil
Commencez par sélectionner un appareil. Cela se fait dans le panneau de droite. Actuellement, seuls des dispositifs fictifs sont disponibles, et leurs spécifications sont réglables (contraintes physiques, canaux disponibles, ...). Une fois que nos QPUs seront mises à la disposition du public, elles apparaîtront également dans les options sélectionnables.
<div class=”grid grid-cols-1 md:grid-cols-3 gap-4 mb-3″>
<div class=”col-span-2″><h4>Register creation</h4>
<p>You can then create a new experiment by clicking on the + Register tab. A set of predefined patterns can be used to generate a regular layout for the register. Once created, you can also entirely customize the geometry of the register by dragging-and-dropping the atoms in desired positions, as long as it matches the specs of the selected device. The Register tab also displays very useful interactive information during the execution of the sequence, such as Rydberg interactions between the atoms, targeted qubits, or specific measurement results.
Ensuite, vous pouvez utiliser l'onglet Canaux pour concevoir une séquence d'impulsions à appliquer au registre. Les impulsions sont créées dans des canaux spécifiques et personnalisées dans le panneau latéral droit. L'amplitude et le désaccord peuvent être définis à l'aide d'un ensemble de formes d'onde prédéfinies. Les décalages de phase et de postphase peuvent également être spécifiés. Chaque type de forme d'onde dispose d'un ensemble de paramètres qui permettent à l'utilisateur de définir sa forme de différentes manières. Pour les canaux locaux, il est également important de s'assurer que le bon qubit est sélectionné.
Exécution
Les simulations locales sont actuellement limitées à des registres de 6 qubits. Le moteur de simulation est écrit en Rust et compilé en WASM, ce qui permet d'exécuter la simulation localement dans votre navigateur. Dans les prochaines mises à jour de la plateforme, vous pourrez exécuter des simulations locales jusqu'à 10 qubits et utiliser des backends distants tels que PASQAL QPUs ou PASQAL QPU emulators. Lorsque vous utilisez le moteur local, les états intermédiaires du système sont accessibles à tout moment entre le début et la fin de la séquence, ce qui vous permet d'explorer efficacement la dynamique du système et les effets de chaque changement de paramètre. Ceci est particulièrement important lors de l'utilisation du paradigme analogique afin de vous aider à comprendre et à construire une intuition sur les effets de vos entrées sur l'hamiltonien résultant et sur le système.
Résultats
Avec la simulation locale actuellement disponible, vous pouvez explorer les résultats d'une séquence dans les onglets Histogramme et État quantique. En survolant un résultat spécifique, vous obtiendrez la représentation graphique de l'état dans l'onglet Registre. Vous pouvez alors choisir entre différentes bases de mesure ou représentations. Par défaut, la simulation utilise les 3 états possibles disponibles : deux états hyperfins et un état de Rydberg. Chaque mode de fonctionnement aura ensuite sa propre représentation :
Analogique : utilise la base sol-Rydberg. Le niveau de base est considéré comme le qubit |0⟩ et le niveau de Rydberg comme le qubit |1⟩. Tout état hyperfin restant sera projeté sur |0⟩.
Numérique : utilise la base numérique (hyperfine). Les deux états hyperfins sont mappés sur |0⟩ et |1⟩. Tout qubit restant dans le Rydberg sera projeté sur |0⟩.
Code
Pulser est un élément central de notre pile logicielle. Il définit le format de base pour toutes les séquences d'impulsions qui sont créées et échangées entre les différents composants de la pile. Le panneau Code permet de visualiser le code Pulser généré à partir de la séquence en cours de création. Si un élément donné du registre ou de la séquence d'impulsions est sélectionné, le code Pulser généré est mis en évidence dans le panneau Code. La séquence d'impulsions peut également être exportée et importée à partir des actions du panneau de gauche. Nous pensons qu'en vous aidant à voir ce qui se passe en termes de code Pulser, il vous sera plus facile de transférer ce code vers des cas d'utilisation en production réelle.
Exemples
La galerie d'exemples disponible dans le panneau de gauche constitue un bon point de départ. Ces exemples sont particulièrement utiles pour les personnes qui souhaitent en savoir plus sur les applications de notre technologie. La galerie contient pour l'instant des exemples de base et est destinée à s'enrichir au fil du temps.
Comment démarrer
Pulser Studio is publicly available today by signing up with your corporate or academic account at pulserstudio.pasqal.cloud
