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硬件发现与选择

概览

  • 模块：fieldqkit.api.backend
  • 作用：在指定数量的可用比特数下，发现候选硬件、选择最优后端、获取拓扑与校准信息。
  • 核心接口：BackendAdapter.discover_hardware(...) 与 BackendAdapter.resolve_backend(...)

核心接口

BackendAdapter.discover_hardware(
    *,
    num_qubits: int,
    prefer_hardware: Sequence[str] | str | None = None,
) -> List[HardwareProfile]

BackendAdapter.resolve_backend(
    *,
    num_qubits: int,
    prefer_hardware: Sequence[str] | str | None = None,
) -> ResolvedBackend

参数详解

参数 类型 默认值 必填 说明
num_qubits int - 是 本次任务需要的最小可用物理比特数。
prefer_hardware Optional[Sequence[str] \| str] None 否 候选芯片偏好：可为单个名字、列表；传 "Simulator" 强制使用本地模拟器。

返回值详解

discover_hardware(...) -> List[HardwareProfile]

返回符合条件的候选 HardwareProfile 列表（已按 prefer_hardware 排序），各字段含义：

@dataclass
class HardwareProfile:
    provider: str                              # 平台名：quafu/tianyan/guodun/tencent/origin/fieldquantum/logicalqubit/simulator
    hardware_name: str                         # 芯片名如 "Baihua"、"Simulator"、"fieldquantum_sim"
    nqubits_available: int                     # 该芯片的可用物理比特总数
    two_qubit_gate_basis: str                  # 两比特门基：通常为 "cz"
    topology: HardwareTopology                 # 量子芯片拓扑结构
    calibration: HardwareCalibration           # 校准数据（保真度、队列长度等）
    raw_info: Dict[str, Any]                   # 原始芯片配置（高级用途）

HardwareTopology 内部结构： 

@dataclass
class HardwareTopology:
    qubits: List[int]                          # 可用物理比特编号列表
    couplers: List[Tuple[int, int]]            # 两比特耦合器列表（物理比特对）

HardwareCalibration 内部结构： 

@dataclass
class HardwareCalibration:
    qubit_fidelity: Dict[int, float]           # 各物理比特的单比特门保真度
    coupler_fidelity: Dict[str, float]           # 各两比特门对的保真度（键为 couplers_info 原始键）
    queue_length: Optional[int]                # 该芯片的任务队列长度（可选）

resolve_backend(...) -> ResolvedBackend

返回最终选定的后端对象：

@dataclass
class ResolvedBackend:
    provider: str                              # 平台名
    hardware_name: str                         # 选中的芯片名
    backend: Backend                           # 完整后端对象（含拓扑图、编译规则等）
    profile: Optional[HardwareProfile]         # 硬件配置文件（可能为 None）
    metadata: Dict[str, Any]                   # 额外元数据（如平台对象引用）

选择与过滤逻辑

  1. Simulator 快速路径：若 prefer_hardware 包含 "Simulator"（大小写不敏感），直接返回本地模拟器 profile。

  2. 候选生成：

  3. 若用户指定 prefer_hardware，按用户顺序作为候选列表。
  4. 否则使用平台的 list_available_hardware() 返回的芯片列表。

  5. 若候选名单为空，尝试 fallback 默认芯片（如 Quafu 的 "Baihua"）。

  6. 过滤条件：只保留 nqubits_available >= num_qubits 的候选。

  7. 最终选择：resolve_backend() 默认返回过滤后的首个候选。

Backend 对象与拓扑图操作

一旦获得 ResolvedBackend，可通过其 backend 字段访问完整的硬件信息与拓扑图操作：

resolved = adapter.resolve_backend(num_qubits=8, prefer_hardware="Baihua")
backend_obj = resolved.backend

# 获取拓扑图（NetworkX 图对象）
graph = backend_obj.get_graph()

# 按保真度阈值过滤边（例如只保留保真度 >= 0.6 的耦合器）
filtered_graph = backend_obj.edge_filtered_graph(thres=0.6)

# 绘制并保存拓扑图
backend_obj.draw(save_svg_fname="chip_topology", edge_fidelity_thres=0.9)

# 缓存拓扑图到本地
backend_obj.cache_topology_figure(edge_fidelity_thres=0.9)

使用示例

示例1：发现所有可用芯片

from fieldqkit.api.quantum_platform import QuafuBackendAdapter

adapter = QuafuBackendAdapter()
profiles = adapter.discover_hardware(num_qubits=8)

for p in profiles:
    print(f"{p.hardware_name}: {p.nqubits_available} qubits")

示例2：指定偏好芯片

# 按优先级尝试 Baihua -> Dongling -> Simulator
profiles = adapter.discover_hardware(
    num_qubits=8,
    prefer_hardware=["Baihua", "Dongling", "Simulator"]
)

示例3：解析并获取拓扑

resolved = adapter.resolve_backend(num_qubits=8, prefer_hardware="Simulator")
print(f"Selected chip: {resolved.hardware_name}")
print(f"Provider: {resolved.provider}")

# 查看拓扑信息
topo = resolved.profile.topology
print(f"Qubits: {topo.qubits}")
print(f"Couplers: {topo.couplers}")

示例4：强制选择模拟器

# 传入字符串 "Simulator"，适合测试与调试
resolved = adapter.resolve_backend(num_qubits=4, prefer_hardware="Simulator")
assert resolved.hardware_name == "Simulator"

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