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Transpilar con gestores de pases

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qiskit[all]~=2.3.0
qiskit-ibm-runtime~=0.43.1

La forma recomendada de transpilar un circuito es crear un gestor de pases por etapas y luego ejecutar su método run con el circuito como entrada. Esta página explica cómo transpilar circuitos cuánticos de esta manera.

¿Qué es un gestor de pases (por etapas)?​

En el contexto del SDK de Qiskit, la transpilación se refiere al proceso de transformar un circuito de entrada a una forma adecuada para su ejecución en un dispositivo cuántico. La transpilación ocurre típicamente en una secuencia de pasos llamados pases de transpilador. El circuito es procesado por cada pase del transpilador en secuencia, donde la salida de un pase se convierte en la entrada del siguiente. Por ejemplo, un pase podría recorrer el circuito y fusionar todas las secuencias consecutivas de puertas de un solo qubit, y luego el siguiente pase podría sintetizar estas puertas en el conjunto de bases del dispositivo objetivo. Los pases de transpilador incluidos en Qiskit se encuentran en el módulo qiskit.transpiler.passes.

Un gestor de pases es un objeto que almacena una lista de pases de transpilador y puede ejecutarlos sobre un circuito. Para crear un gestor de pases, inicializa un PassManager con una lista de pases de transpilador. Para ejecutar la transpilación sobre un circuito, llama al método run con un circuito como entrada.

Un gestor de pases por etapas es un tipo especial de gestor de pases que representa un nivel de abstracción superior al de un gestor de pases normal. Mientras que un gestor de pases normal está compuesto por varios pases de transpilador, un gestor de pases por etapas está compuesto por varios gestores de pases. Esta es una abstracción útil porque la transpilación ocurre típicamente en etapas discretas, como se describe en Etapas del transpilador, donde cada etapa está representada por un gestor de pases. Los gestores de pases por etapas están representados por la clase StagedPassManager. El resto de esta página describe cómo crear y personalizar gestores de pases (por etapas).

Generar un gestor de pases por etapas preconfigurado​

Para crear un gestor de pases por etapas preconfigurado con valores predeterminados razonables, utiliza la función generate_preset_pass_manager:

# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q numpy qiskit qiskit-ibm-runtime
from qiskit.transpiler import generate_preset_pass_manager
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService

service = QiskitRuntimeService()
backend = service.backend("ibm_fez")
pass_manager = generate_preset_pass_manager(
    optimization_level=3, backend=backend
)

Para transpilar un circuito o una lista de circuitos con un gestor de pases, pasa el circuito o la lista de circuitos al método run. Hagamos esto sobre un circuito de dos qubits que consiste en una Hadamard seguida de dos puertas CX adyacentes:

from qiskit import QuantumRegister, QuantumCircuit

# Create a circuit
qubits = QuantumRegister(2, name="q")
circuit = QuantumCircuit(qubits)
a, b = qubits
circuit.h(a)
circuit.cx(a, b)
circuit.cx(b, a)

# Transpile it by calling the run method of the pass manager
transpiled = pass_manager.run(circuit)

# Draw it, excluding idle qubits from the diagram
transpiled.draw("mpl", idle_wires=False)

Output of the previous code cell

Consulta Valores predeterminados y opciones de configuración de la transpilación para obtener una descripción de los posibles argumentos de la función generate_preset_pass_manager. Los argumentos de generate_preset_pass_manager coinciden con los argumentos de la función transpile.

¿Tienes problemas para recordar los detalles del gestor de pases? Prueba a preguntarle al Asistente de Código de Qiskit.

Si los gestores de pases preconfigurados no satisfacen tus necesidades, personaliza la transpilación creando gestores de pases (por etapas) o incluso pases de transpilación propios. El resto de esta página describe cómo crear gestores de pases. Para obtener instrucciones sobre cómo crear pases de transpilación, consulta Escribe tu propio pase de transpilador.

Crea tu propio gestor de pases​

El módulo qiskit.transpiler.passes incluye muchos pases de transpilador que se pueden usar para crear gestores de pases. Para crear un gestor de pases, inicializa un PassManager con una lista de pases. Por ejemplo, el siguiente código crea un pase de transpilador que fusiona puertas adyacentes de dos qubits y luego las sintetiza en una base de puertas RyR_y, RzR_z y RxxR_{xx}.

from qiskit.transpiler import PassManager
from qiskit.transpiler.passes import (
    Collect2qBlocks,
    ConsolidateBlocks,
    UnitarySynthesis,
)

basis_gates = ["rx", "ry", "rxx"]
translate = PassManager(
    [
        Collect2qBlocks(),
        ConsolidateBlocks(basis_gates=basis_gates),
        UnitarySynthesis(basis_gates),
    ]
)

Para demostrar este gestor de pases en acción, pruébalo sobre un circuito de dos qubits que consiste en una Hadamard seguida de dos puertas CX adyacentes:

from qiskit import QuantumRegister, QuantumCircuit

qubits = QuantumRegister(2, name="q")
circuit = QuantumCircuit(qubits)

a, b = qubits
circuit.h(a)
circuit.cx(a, b)
circuit.cx(b, a)

circuit.draw("mpl")

Output of the previous code cell

Para ejecutar el gestor de pases sobre el circuito, llama al método run.

translated = translate.run(circuit)
translated.draw("mpl")

Output of the previous code cell

Para un ejemplo más avanzado que muestra cómo crear un gestor de pases para implementar la técnica de supresión de errores conocida como desacoplamiento dinámico, consulta Crear un gestor de pases para desacoplamiento dinámico.

Crea un gestor de pases por etapas​

Un StagedPassManager es un gestor de pases compuesto por etapas individuales, donde cada etapa está definida por una instancia de PassManager. Puedes crear un StagedPassManager especificando las etapas deseadas. Por ejemplo, el siguiente código crea un gestor de pases por etapas con dos etapas, init y translation. La etapa translation está definida por el gestor de pases que se creó anteriormente.

from qiskit.transpiler import PassManager, StagedPassManager
from qiskit.transpiler.passes import UnitarySynthesis, Unroll3qOrMore

basis_gates = ["rx", "ry", "rxx"]
init = PassManager(
    [UnitarySynthesis(basis_gates, min_qubits=3), Unroll3qOrMore()]
)
staged_pm = StagedPassManager(
    stages=["init", "translation"], init=init, translation=translate
)

No hay límite en el número de etapas que puedes agregar a un gestor de pases por etapas.

Otra forma útil de crear un gestor de pases por etapas es comenzar con uno preconfigurado y luego reemplazar algunas de las etapas. Por ejemplo, el siguiente código genera un gestor de pases preconfigurado con nivel de optimización 3 y luego especifica una etapa pre_layout personalizada.

import numpy as np
from qiskit.circuit.library import HGate, PhaseGate, RXGate, TdgGate, TGate
from qiskit.transpiler.passes import InverseCancellation

pass_manager = generate_preset_pass_manager(3, backend)
inverse_gate_list = [
    HGate(),
    (RXGate(np.pi / 4), RXGate(-np.pi / 4)),
    (PhaseGate(np.pi / 4), PhaseGate(-np.pi / 4)),
    (TGate(), TdgGate()),
]
logical_opt = PassManager(
    [
        InverseCancellation(inverse_gate_list),
    ]
)

# Add pre-layout stage to run extra logical optimization
pass_manager.pre_layout = logical_opt

Las funciones generadoras de etapas pueden ser útiles para construir gestores de pases personalizados. Generan etapas que proporcionan funcionalidad común utilizada en muchos gestores de pases. Por ejemplo, generate_embed_passmanager se puede usar para generar una etapa que "incruste" un Layout inicial seleccionado desde un pase de diseño al dispositivo objetivo especificado.

Próximos pasos​

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