量子コンピュータのIBMQを学んでみた

1.概要

IBM製の27量子ビットの量子コンピュータ(IBMQ)が新川崎に設置されました。直接見る機会はありませんが、ネット経由で米国のIBMQを利用することができます。新しい技術に触れることはとても楽しいことです。数年前に量子コンピュータのセミナーを受けた時、五線譜のようなプログラミング手法を教わり、半分諦めました。今回、IBMQを操作するPythonライブラリのqiskitの学習をはじめました。qiskitを利用するとsimulatorが提供され、量子コンピュータの動作を学ぶことができます。

2.詳細

Ubuntu-20.04環境でQiskitのinstallを手順に従って導入します。次に、インストールされたバージョン確認をするのですが、参考資料の結果と異なりました。この内容を記述します。

(1) qiskitのinstallと確認
$ pip install qiskit

(2) 動作確認（Jupyter環境を利用）
import qiskit
qiskit.__version__

'0.20.2'と表示されますの予定です。

qiskit.__qiskit_version__

{'qiskit-terra': '0.20.2',
 'qiskit-aer': '0.10.4',
 'qiskit-ignis': '0.7.1',
 'qiskit-ibmq-provider': '0.19.1',
 'qiskit-aqua': None,
 'qiskit': '0.36.2',
 'qiskit-nature': None,
 'qiskit-finance': None,
 'qiskit-optimization': None,
 'qiskit-machine-learning': None
 }
 
上記結果ではNoneが複数表示されます。これはドキュメントと異なります。
 
(3) 試したこと
下記コマンドでqiskit-aquaを導入できます。
$ pip install qiskit-aqua

githubにはQiskit Aqua (NOW DEPRECATED)と記載があり、サポート終了とマイグレーションガイドがあり、大きく変わっているようです。しかし、私が試したサンプルプログラムは上記qiskit-aquaの導入で動作しました。

3.所見

何もわからずに触れてみました。Pythonで操作できるので何を実行しているかはわかりますが、裏側にある理論はわかりません。習うより慣れろでしょうか

4.追加

(1) 量子コンピュータIBMQをqiskitで利用してみた

１〜２年ほど前にqiskitライブラリを利用して、pythonプログラムを作成して、IBMQ実機をネット利用しました。その時は、量子コンピューターの考え方が良く分かりませんでした。最近、IBMQの2025年までのロードマップが開示され、量子コンピュータのHW進歩が急激に進んでいることを知り、もう一度、IBMQの学習を少しずつ取組んでいます。

学習環境はubuntu-20.04.4でjupyterを利用しています。jupyter環境の上で、pip install qiskitを実行してサンプルプログラムを学習していましたが、No module 'qiskit'のエラーが発生したことを記述します。

(a) Jupyter Notebook
(b) 問題が発生したqiskitのinstall
juputer上で下記コマンドでqiskitをinstallしました。

$ pip install qiskit

サンプルプログラムを実行するとNo module 'qiskit'のエラー発生しました。

(c) 原因

参考資料のfaqの「Jupyter Notebook を利用している時に次のエラーが出るのはなぜですか」を参照

(d) 対処方法

本ブログのjupyter notebook (05/21)の手順の中で、conda update --all 直後にqiskitをinstallしました。

$ conda update --all
$ pip install qiskit

(2) 量子コンピュータのIBMQでqiskit-GPUを利用してみた

qiskitは量子コンピューターを利用するpythonライブラリですが、計算処理効率を上げるためにnVidiaのGPUを利用できるとの記述があります。そこで、qiskitで実際にGPUを利用するために、qiskit-aer-gpuを追加して確認をしました。その内容を記述します。なお、nvidia GPUの環境設定に関しては、tensorflow学習時の設定を使いました。

(a) 導入

qiskitの導入直後にqiskti-aer-gpuを追加しました。
（参考）当ブログのIBMQ qiskit（続編） (06/20)

$ conda update --all
$ pip install qiskit
$ pip install qiskit-aer-gpu

(b) 確認事項

参考資料のシミュレーターのGPUシミュレーション記載を実行するとエラーは発生しません。従って、GPUは認識されているようです。

そこで、参考資料を活用して実際のプログラムでGPUを利用しました。qiskit versionが、0.16.0と少し古いのですが、記載されている通りに実行できます。私のGPU環境(Geforce 1050Ti)では、量子ビットは８程度が現実的な実行環境でした。

更に、参考資料のQiskit Aer 0.7.0からは変わるとの情報を試してみましたが、古い記述のままで利用できます。私の利用環境は、qiskit-aer 0.10.4なので、バージョンは上がっていますが、qiskit-aer側の事情が少し変わっているようです。

(3) 量子コンピュータのIBMQでqiskit-textbookを使ってみた

qiskitを利用した学習を進めていると、qiskit-textbookを利用する事例があります。qiskit-textbookはgitから導入する必要があり、その記述をします。

(a) 導入方法

参考資料に従ってpipコマンドで導入します。
（参考）当ブログのIBMQ qiskit-GPU (07/01)

$ conda update --all
$ pip install qiskit
$ pip install qiskit-aer-gpu
$ pip install git+https://github.com/qiskit-community/qiskit-textbook.git#subdirectory=qiskit-textbook-src

(b) 動作確認

下記コマンドをjupyter notebookのcellに入力します。
エラーなく実行されると動作確認は完了です。

print('Set up started...')
from qiskit_textbook.games import hello_quantum
print('Set up complete!') 

参考
[外部サイト参照]
・日本初のIBM製「ゲート型商用量子コンピュータ」が新川崎で稼働。アメリカ、ドイツに次いで世界で3番目
・Qiskitのインストール
・Qiskit/qiskit-aqua
・Expanding the IBM Quantum roadmap to anticipate the future of quantum-centric supercomputing
・シミュレーター
・QiskitのシミュレータでGPUを使ってみる
・Qiskit Aer 0.7.0からbackend_optionsの指定方法が変わったので，その対策
・Qiskitテキストブックで作業するための環境設定ガイド

コメント

コメントを投稿

過去30日間に良く読まれた記事

miniPCのBMAXでWindows11のsecure boot設定漏れでトラブル発生

miniPC（BMAX）でWindows 11を再導入する際の注意点 今回のトラブルから得られた、miniPC初期化・再導入時に失敗しないための重要なポイントを整理しました。 1. 発生した問題とエラーの原因 自分で作成した「Windows 11のUSBブートメディア」から新規導入を試みた際、ライセンス認証やセットアップの段階でエラーが発生しました。このトラブルの原因は、以下の仕様ミスマッチによるものです。 インストールメディアの不適合： Windows 11の要求仕様を満たさない環境で作成されたメディアだった可能性 secure boot（セキュアブート）の設定漏れ： BIOS側でセキュアブートが「無効（disable）」のまま新規導入を進めてしまったことによる、BitLocker暗号化の不整合 2. トラブルを未然に防ぐ「失敗しない再導入の3ステップ」 miniPCのクリーンインストールを確実に成功させるためには、以下の手順を順番に確認しながら進める必要があります。 ステップ1：インストールUSBは正規の要件を満たすPCで作成する Microsoftの公式サイトから、必ずWindows 11の動作要件を完全に満たしているPC上でインストールメディア（USB）を再作成します。 ステップ2：導入前にBIOSで「secure boot」を「enable」に設定する OSをインストールする前に必ずBIOS（UEFI）画面を開き、Security項目にある「secure boot」が「enable（有効）」になっていることをmsinfo32等で確認してからインストールを開始します。 ステップ3：BitLockerの「48桁の回復キー」を事前に必ずバックアップする secure bootを設定すると、Windows 11では自動的にドライブが暗号化されます。万が一の障害復旧やWindows Update時のエラーに備え、Microsoftアカウント等に紐付いた「48桁の回復キー」を必ず紙に控えるか、別デバイスに保存してください。 1.概要 始まりは、参考資料の「6月からパソコンが動かなくなる？」です。miniPCのsecure boot設定をmsinfo32で確...
続きを読む

LinuxMint/ubuntuにWine 11導入を試しました ( LinuxMint 21.3 / 22.3 ubuntu 22.04 / 26.04 Wine 11.0 / 11.6 / 11.8 / 11.13 )

Wine環境でWindowsアプリが動作しない場合の考察と対策 最新のWine 11を利用しても、一部のWindowsアプリケーション（Acrobat Reader等）のインストールや起動が失敗するケースがあります。技術的な背景と、現場で役立つ代替アプローチを整理しました。 1. 起動・インストールが失敗する主な技術的理由 厳格なレジストリ要求： 大手メーカー製のインストーラーは、Windows固有の複雑なレジストリ構成を要求するため、Wineの標準レジストリでは処理が途中で強制終了します。 .NET Frameworkや各種ランタイムの未導入： アプリが依存している特定のランタイムがWine環境側に不足しているケースです。 セキュリティ認証・暗号化： 最新のアプリに組み込まれているデジタル著作権管理（DRM）や通信暗号化機能が、WineのAPI互換性を超えている場合があります。 2. トラブルを解決するための3つのアプローチ Wine上でWindowsアプリを安定して動かす、または目的を達成するためには、以下の対策が有効です。 対策1：winetricks を活用して必要なコンポーネントを補う 今回の日本語化（cjkfonts）と同様に、 winetricks dotnet48 や winetricks vcrun2015 などのコマンドを用いて、アプリが必要とするランタイムを個別にWine環境へ追加導入します。 対策2：単体で動作する「ポータブル版（.exe）」を選ぶ インストーラー形式（.msi や setup.exe）ではなく、フォルダを展開するだけで単体動作するポータブル版（HDBENCHなど）は、レジストリ依存度が極めて低いためWine環境と非常に相性が良く、高確率で動作します。 対策3：Linuxネイティブの代替アプリを検討する Wineに依存せず、Linux標準のリポジトリから導入できる互換アプリ（例：Acrobatの代わりに「Okular」や「Evince」、MS Officeの代わりに「LibreOffice」）を利用する方が、システムの安定性と処理速度の面で圧倒的に有利です。  1.概要 Wine 11.0がリリースされました。...
続きを読む

Windows95/98のPCゲームをUbuntu/LinuxMintの最新PCで楽しむ方法 ( KVM / Wine / dosbox-x / midi )

1.概要 Ubuntults 24.04のリポジトリを利用するLinuxMint 22.3で、32bitのアプリケーションを楽しむことができるのか整理をしました。今回、仮想環境のKVMでの試験を実施して、KVM,Wine,Dosbox-xの３種類を実施した範囲で、遜色なく利用できるのはDosbox-xだけでした。KVMやWineではサウンド処理関連の互換性がなくなったような気がします。この内容に関して記述します。 注意事項 Windowsの利用にあたっては、Microsoftが定める使用許諾契約（EULA）を遵守する必要があります。ライセンス違反（不正なプロダクトキーの利用、規約外の商用利用など）は違法行為となるため、必ず正規のライセンスを取得・確認した上で操作を行ってください。 2.詳細 (1)KVM環境 KVM環境はRegacyBIOS互換のCSMで試しました。KVM上でWindows98SEは起動します。デバイスマネージャを参照した範囲ではエラーはありませんが、サウンドが想定通りに再生されない点、ディスプレイ表示設定が思うようにならない点がありました。どちらもドライバの問題と思います。構築した環境はUbuntu 22.04まで試験をしていた環境です。仮想ソフト（KVM, VMware, Virtualboxなど）は新しい環境への対応を進める中で古い環境の互換性は保たれなくなっていると感じています。 (a) KVMにWindows98seを導入 Windows98の仮想マシンを作成（サポート期間が切れたOSを選択） Memory=128MB、CPU=1、Disk=0.5GBを選択 インストールの前に設定をカスタマイズするを選択 ブートオプション：IDE CD-ROMにチェック CD-ROM bootのため、IDE ディスクとIDE CR-ROMの順番を入替える サウンド ich6：sb16を上書設定 ビデオ QXL：cirrusを上書設定 CD-ROM boot後、CD-ROMサポート付きmsdosを利用して、fdiskでCドライブを作成 再度、上記構成で再起動をして、d:\win98にてformat c:を実行してfat16で初期化 d:\win98のsetupを実行して導入 (2)Wine環境 Wine 11.8で試験をしました。 ディスプレイ表示は普通に使...
続きを読む