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如何使用 Cirq 将线路提交到 Azure Quantum

2025-10-17

了解如何使用 azure-quantumPython 包提交 Cirq 量子线路。可以通过使用本地计算机上的 Azure Quantum 开发工具包（QDK）、Jupyter Notebook 和 Visual Studio Code（VS Code）将 Cirq 电路提交到 Azure Quantum。

有关详细信息，请参阅量子线路。

先决条件

有关安装详细信息，请参阅设置 QDK 扩展。

在您的 Azure 订阅中创建一个 Azure Quantum 工作区。若要创建工作区，请参阅创建 Azure Quantum 工作区。
安装了 Python 的 Python 环境。
安装了 Azure Quantum 开发工具包、Python 和 Jupyter 扩展的 VS Code。
带有 [cirq] 标记的 Azure Quantum azure-quantum 包，以及 qsharp 和 ipykernel 包。
```
python -m pip install --upgrade azure-quantum[cirq] qsharp ipykernel 
```
注意

如果未检测到 Jupyter Python 内核 ipykernel ，VS Code 将提示你安装它。

创建新的 Jupyter Notebook

在 VS Code 中，选择“视图 > 命令面板”，然后选择“创建：新 Jupyter Notebook”。
在右上角，VS Code 将检测并显示笔记本选择的 Python 版本和虚拟 Python 环境。如果有多个 Python 环境，可能需要使用右上角的内核选取器选择内核。如果未检测到任何环境，请参阅 VS Code 中的 Jupyter Notebook 以获取设置信息。

加载所需的导入项

在笔记本的第一个单元中，运行以下代码以加载所需的导入：

import azure.quantum
from azure.quantum.cirq import AzureQuantumService

连接到 Azure Quantum 服务

若要连接到 Azure Quantum 服务，程序将需要资源 ID 和 Azure Quantum 工作区的位置。

登录到 Azure 帐户， https://portal.azure.com
选择 Azure Quantum 工作区，然后导航到 “概述”。
复制字段中的参数。

添加一个新单元格，并使用您的帐户信息创建 Workspace 和 AzureQuantumService 对象以连接到 Azure Quantum 工作区。

workspace = Workspace(  
    resource_id = "", # Add the resourceID of your workspace
    location = "" # Add the location of your workspace (for example "westus")
    )

service = AzureQuantumService(workspace)

列出所有 targets

使用 targets() 方法列出工作区中所有可以运行线路的 targets，包括当前排队时间和可用性。

注意

你工作区中的targets可能不会全部列出 - 此处仅会列出可以接受 Cirq 或 OpenQASM 电路的targets。

print(service.targets())

[<Target name="quantinuum.qpu.h2-1", avg. queue time=0 s, Degraded>,
<Target name="quantinuum.sim.h2-1sc", avg. queue time=1 s, Available>,
<Target name="quantinuum.sim.h2-1e", avg. queue time=40 s, Available>,
<Target name="ionq.simulator", avg. queue time=3 s, Available>,
<Target name="ionq.qpu.aria-1", avg. queue time=1136774 s, Available>]

创建简单线路

接下来，创建要运行的简单的 Cirq 电路。此线路使用 IonQ 硬件系统固有的 X 门平方根。

import cirq

q0, q1 = cirq.LineQubit.range(2)
circuit = cirq.Circuit(
    cirq.X(q0)**0.5,             # Square root of X
    cirq.CX(q0, q1),              # CNOT
    cirq.measure(q0, q1, key='b') # Measure both qubits
)
print(circuit)

0: ───X^0.5───@───M────────
              │   │
1: ───────────X───M────────

在 IonQ 模拟器上运行

现在，可以通过 Azure Quantum 服务运行程序并获取结果。以下单元格提交一个作业（到默认的 IonQ 模拟器），该作业会运行线路 100 次，请等待作业完成并返回结果。

result = service.run(program=circuit, repetitions=100, target="ionq.simulator")

这会返回一个 cirq.Result 对象。

print(result)

    b=1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010, 1001100101100001000011011101000011010100010111100011001000100100010000001110010010101110110000011010

估算作业成本

在 QPU 上运行作业之前，应估算运行的成本。

有关最新定价详细信息，请参阅 IonQ 定价，或通过以下网页找到你的工作区并查看该工作区的“提供商”选项卡中的定价选项：aka.ms/aq/myworkspaces。

在 IonQ QPU 上运行

上一个作业在默认模拟器 "ionq.simulator" 上运行。但是，你也可以在 IonQ 的硬件处理器（Quantum 处理器单位 (QPU)）上运行它。若要在 IonQ QPU 上运行，请提供 "ionq.qpu.aria-1" 作为 target 参数：

result = service.run(
    program=circuit,
    repetitions=100,
    target="ionq.qpu.aria-1",
    timeout_seconds=500 # Set timeout to accommodate queue time on QPU
)

这会再次返回一个 cirq.Result 对象。

print(result)

b=0101011011011111100001011101101011011110100010000000011110111000100100110110101100110001001111101111, 0101011011011111100001011101101011011110100010000000011110111000100100110110101100110001001111101111

使用作业的异步模型

对于长期运行的线路，异步运行它们可能会很有用。 service.create_job 方法会返回 Job 对象，在作业成功运行后，可以将该对象用于获取结果。

job = service.create_job(
    program=circuit,
    repetitions=100,
    target="ionq.simulator"
)

若要检查作业状态，请使用 job.status()：

print(job.status())

'completed'

若要等待作业完成并获取结果，请使用阻止调用 job.results()：

result = job.results()
print(result)

00: 0.5
11: 0.5

注意，这不会返回 cirq.Result 对象。而是返回一个特定于 IonQ 模拟器的结果对象，使用状态概率而不是测量数据。

type(result)

cirq_ionq.results.SimulatorResult

若要将此对象转换为 cirq.Result 对象，请使用 result.to_cirq_result()：

print(result.to_cirq_result())

b=1110101111111110111000011101011111001100010000001011011101001111001111001101100111010000001100011100, 1110101111111110111000011101011111001100010000001011011101001111001111001101100111010000001100011100

在 Quantinuum 模拟器上运行

现在，可以通过 Azure Quantum 服务运行程序并获取结果。以下单元格提交一个作业，该作业会运行线路 100 次，请等待作业完成，并返回结果。

result = service.run(program=circuit, repetitions=100, target="quantinuum.sim.h2-1sc")

这会返回一个 cirq.Result 对象。

print(result)

    b=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

可以将结果绘制成直方图：

import pylab as pl

pl.hist(result.data)
pl.ylabel("Counts")
pl.xlabel("Result")

查看直方图，你可能会注意到，随机数生成器每次都返回 0，因此算不上随机。这是因为，虽然 API 验证程序可确保代码在 Quantinuum 硬件上成功运行，但每次量子测量时它也会返回 0。对于真正的随机数生成器，需要在量子硬件上运行线路。

估算作业成本

在 QPU 上运行作业之前，应估算运行的成本。

有关最新的定价详细信息，请参阅 Azure Quantum 定价，或通过 aka.ms/aq/myworkspaces 查找您的工作区，并在工作区的“提供程序”选项卡中查看定价选项。

使用作业的异步工作流

对于长期运行的线路，异步运行它们可能会很有用。 service.create_job 方法会返回 Job 对象，在作业成功运行后，可以将该对象用于获取结果。

job = service.create_job(
    program=circuit,
    repetitions=100,
    target="quantinuum.sim.h2-1sc"
)

若要检查作业状态，请使用 job.status()：

print(job.status())

'Waiting'

若要等待作业完成并获取结果，请使用阻止调用 job.results()：

result = job.results()
print(result)

    {'m_b': ['00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00', '00']}

注意，这不会返回 cirq.Result 对象。相反，它会返回按度量键索引的位字符串度量结果字典。

重要

当前不支持在单个作业中提交多个线路。作为一种变通方法，可以调用 backend.run 方法来异步提交每个线路，然后提取每个作业的结果。例如：

jobs = []
for circuit in circuits:
    jobs.append(backend.run(circuit, shots=N))

results = []
for job in jobs:
    results.append(job.result())

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如何使用 Cirq 将线路提交到 Azure Quantum

先决条件

创建新的 Jupyter Notebook

加载所需的导入项

连接到 Azure Quantum 服务

列出所有 targets

创建简单线路

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在 IonQ 模拟器上运行

估算作业成本

在 IonQ QPU 上运行

使用作业的异步模型

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