Nastavte Quantum Development Kit

  • Článek

Seznamte se s různými možnostmi prostředí, které jsou k dispozici pro vývoj kvantových výpočtů a optimalizačních aplikací pomocí služby Azure Quantum .

Každé prostředí používá Quantum Development Kit (QDK), opensourcovou sadu nástrojů, která zahrnuje kvantový programovací jazyk Q# a doprovodné knihovny. Pomocí sady QDK můžete vyvíjet aplikace kvantových výpočtů pomocí různých vývojových prostředí a jazyků a spouštět je na kvantových simulátorech nebo kvantovém hardwaru pomocí Azure Quantum.

Sada QDK poskytuje:

  • Balíčky Pythonu pro odesílání aplikací, aplikací Qiskit Q# a Cirq nebo problémů optimalizace (QIO) do služby Azure Quantum
  • Programovací Q# jazyk a knihovny
  • Jádro IQ# pro spuštění Q# na Jupyter Notebooks
  • Rozšíření pro Visual Studio Code a Visual Studio
  • Rozšíření Azure CLI pro správu služby Azure Quantum a odesílání Q# aplikací
  • Rozhraní API pro používání jazyků Python a .NET (C#, F# a VB.NET) s Q#

Vyberte si z několika možností vývojového prostředí:

Poznámkové bloky Jupyter

Jupyter Notebooks umožňuje místní spouštění kódu přímo z poznámkového bloku a jeho doplnění o instrukce, poznámky a další obsah. Toto prostředí je ideální pro psaní Pythonu a Q# kódu s vloženými vysvětleními nebo vytváření interaktivních kurzů kvantových výpočtů. Prostředí Jupyter Notebooks je integrované na portálu Azure Quantum nebo je možné ho nainstalovat do místního počítače.

Poznámka

Přístup ke vzdálenému kvantovému hardwaru a odesílání úloh do služby Azure Quantum vyžaduje účet Azure s aktivním předplatným. Účet si můžete vytvořit zdarma.

Portál Azure Quantum poskytuje integrované vývojové prostředí, ve kterém můžete vytvářet, nahrávat, ukládat a spouštět kvantový kód v poznámkových blocích Jupyter Pomocí kvantových simulátorů i kvantového hardwaru targets. K dispozici je galerie ukázkových poznámkových bloků Jupyter, které vám pomůžou začít s kvantovým programováním v Q#nástroji , spouštěním okruhů Qiskit a Cirq nebo odesíláním problémů s optimalizací. Na portálu můžete také spravovat kvantové pracovní prostory, úlohy, aktivity, kredity a využití a řízení přístupu. Začněte tím, že si projděte téma Vytvoření pracovního prostoru Azure Quantum.

Tip

První uživatelé automaticky získají bezplatné kredity Azure Quantumve výši 500 USD pro použití u každého zúčastněného poskytovatele kvantového hardwaru. Pokud jste spotřebovali všechny kredity a potřebujete víc, můžete se přihlásit k programu Azure Quantum Credits.

Místní použití upřednostňovaného integrovaného vývojového prostředí (IDE) a jazyka a odesílání úloh do Azure Quantum

Instalace sady QDK do místního počítače poskytuje podporu pro Poznámkové bloky Jupyter, Python a Q#a rozšíření pro Visual Studio Code a Visual Studio. Vyvíjejte aplikace kvantových výpočtů ve vašem upřednostňovaném integrovaném vývojovém prostředí a jazyce a spouštějte je na kvantových simulátorech, kvantovém hardwaru nebo řešitelích optimalizace pomocí služby Azure Quantum.

Některé scénáře, ve kterých můžete dát přednost místnímu prostředí:

  • Máte přizpůsobené prostředí nebo upřednostňované nástroje, které nejsou dostupné online.
  • V projektu vyžadujete správu zdrojového kódu.
  • Pracujete s projektem s více soubory.

Možnosti instalace portálu

Poznámka

Přístup ke vzdálenému kvantovému hardwaru a odesílání úloh do služby Azure Quantum vyžaduje účet Azure s aktivním předplatným. Účet si můžete vytvořit zdarma.

Vyberte upřednostňované integrované vývojové prostředí (IDE):

Použití Q# a Pythonu se sadou Visual Studio a editorem Visual Studio Code

I když můžete vytvářet Q# aplikace v libovolném integrovaném vývojovém prostředí, doporučujeme k vývoji aplikací Q# použít Visual Studio Code (VS Code) nebo Visual Studio IDE. Vývoj v obou těchto prostředích využívá bohaté funkce Quantum Development Kit rozšíření (QDK), které zahrnují odesílání kvantových úloh přes Azure CLI, upozornění, zvýrazňování syntaxe, šablony projektů a další.

Případně můžete přejít na Azure Portal a v části Přehled pracovního prostoru > Quantum najdete odkaz na průvodce instalací místní konfigurace v dolní části stránky.

Snímek obrazovky s Azure Portal ukazující, jak najít odkaz na průvodce instalací místní konfigurace

Požadavek

Azure CLI

Azure CLI je upřednostňovanou metodou pro odesílání kvantových úloh pomocí okna terminálu v nástroji VS Code nebo sadě Visual Studio.

  • Nainstalujte Azure CLI.

  • Nainstalujte nejnovější rozšíření Azure CLI quantum . Otevřete příkazový řádek a spusťte následující příkaz:

    az extension add --upgrade -n quantum

Nakonfigurujte sadu QDK pro vaše upřednostňované prostředí pomocí jedné z následujících možností:

  1. Stáhněte a nainstalujte VS Code 1.52.0 nebo novější (Windows, Linux a Mac).
  2. Nainstalujte sadu QDK pro VS Code.

Poznámka

Pokud používáte systém Mac s procesorem ARM, nezapomeňte nainstalovat sadu .NET SDK 6.0 nebo vyšší, protože starší verze nejsou v této architektuře podporované.

Informace o testování prostředí najdete v tématu Odesílání Q# úloh do Azure Quantum.

Použití Pythonu s řešeními Qiskit, Cirq nebo Azure Quantum Optimization

Balíček Pythonu můžete použít azure-quantum k odesílání a spouštění úloh Qiskit nebo Cirq nebo k odesílání optimalizačních úloh inspirovaných kvantovou mechanikou do řešitelů Azure Quantum Optimization.

Instalace balíčku Pythonu azure-quantum

  1. Nainstalujte Python 3.9 nebo novější, pokud jste to ještě neudělali.

  2. Nainstalujte PIP a ujistěte se, že máte verzi 19.2 nebo novější.

  3. Nainstalujte balíček pythonu azure-quantum . Pomocí příznaku --upgrade se ujistěte, že získáte nejnovější verzi.

    Pokud chcete nainstalovat azure-quantum balíček bez volitelných závislostí, spusťte:

    pip install --upgrade azure-quantum

    Pokud chcete nainstalovat volitelné závislosti vyžadované pro odesílání programů Qiskit, nainstalujte instalaci pomocí značky [qiskit] :

    pip install --upgrade azure-quantum[qiskit]

    Pokud chcete nainstalovat volitelné závislosti vyžadované pro odesílání programů Cirq, nainstalujte instalaci pomocí značky [cirq] :

    pip install --upgrade azure-quantum[cirq]

Pokud chcete otestovat prostředí, přečtěte si téma Vytvoření kvantového generátoru náhodných čísel nebo Odeslání okruhu pomocí Qiskitu.

Použití Q# a Pythonu s poznámkovými bloky Jupyter

Všechny potřebné komponenty pro prostředí Juptyer Notebooks je možné nastavit pomocí jedné instalace conda.

Poznámka

I když se doporučuje instalace conda, pokud nechcete instalovat conda, můžete také nastavit prostředí pomocí rozhraní .NET CLI.

  1. Nainstalujte aplikaci Miniconda nebo Anaconda. Pokud si nejste jistí žádným postupem, projděte si průvodce instalací . Poznámka: Vyžaduje se 64 bitová instalace.

  2. Inicializace conda pro vaše upřednostňované prostředí pomocí conda init příkazu inicializace. Následující postup je přizpůsobený vašemu operačnímu systému:

    (Windows) Otevřete příkazový řádek Anaconda tak, že ho vyhledáte v nabídce Start. Potom spusťte inicializační příkaz pro vaše prostředí, conda init powershell cmd.exe který například nastaví Windows PowerShell i příkazový řádek. Tuto výzvu pak můžete zavřít.

    Důležité

    Pro práci s PowerShellem conda nakonfiguruje spouštěcí skript, který se spustí při každém spuštění instance PowerShellu. Ve výchozím nastavení bude spuštění skriptu ve Windows blokováno a vyžaduje úpravu zásad spouštění PowerShellu pomocí následujícího příkazu (spouštěného z PowerShellu):

    Set-ExecutionPolicy -Scope CurrentUser RemoteSigned

    (Linux) Pokud jste to během instalace neudělali, můžete teď inicializovat conda. Otevřete terminál a přejděte do bin adresáře ve vybraném umístění instalace (například /home/ubuntu/miniconda3/bin). Pak spusťte příslušný příkaz pro vaše prostředí, například./conda init bash . Zavřete terminál, aby se změny projevily.

  3. Z nového terminálu vytvořte a aktivujte nové prostředí Conda s názvem qsharp-env s požadovanými balíčky (včetně Jupyter Notebook a IQ#) spuštěním následujících příkazů:

    conda create -n qsharp-env -c microsoft qsharp notebook

conda activate qsharp-env

  4. Nakonec spuštěním příkazu python -c "import qsharp" ověřte instalaci a naplňte místní mezipaměť balíčků všemi požadovanými komponentami sady QDK.

Teď máte balíček qsharp Python i jádro IQ# pro Jupyter, které vám umožní kompilovat a spouštět Q# operace z Pythonu a Q# poznámkových bloků Jupyter. Informace o testování prostředí najdete v tématu Odeslání kvantového programu.

Použití sady QDK s předem nakonfigurovanou imagí Dockeru (pokročilé)

Naši image Dockeru pro QDK můžete využít v místní instalaci Dockeru nebo v cloudu prostřednictvím libovolné knihovny, která podporuje image Dockeru, například ACI.

Image Dockeru pro IQ# si můžete stáhnout tady: https://github.com/microsoft/iqsharp/#using-iq-as-a-container.

Docker můžete také využít spolu se vzdáleným vývojovým kontejnerem nástroje Visual Studio Code k rychlému definování vývojových prostředí. Další informace o vývojových kontejnerech nástroje VS Code najdete tady: https://github.com/microsoft/Quantum/tree/master/.devcontainer.

Použití sady QDK s GitHub Codespaces

GitHub Codespaces je zabezpečené a konfigurovatelné cloudové vývojové prostředí. Nevyžaduje se žádné místní nastavení a výchozí výpočetní instance jsou k dispozici zdarma s možnostmi zvýšení počtu jader a velikosti paměti RAM a úložiště.

Požadavky

  • Budete potřebovat účet GitHub (https://github.com/join) a přístup k úložišti GitHub, se kterým chcete pracovat.

Konfigurace codespace

  1. Na kořenové stránce úložiště vyberte Codespaces >> ... > Konfigurace vývojového kontejneru

  2. Nahraďte obsah výchozího souboru devcontainer.json následujícím kódem:

    {    
    "image": "mcr.microsoft.com/devcontainers/universal:2",
    "extensions": [
        "quantum.quantum-devkit-vscode",
        "ms-vscode.csharp",
        "editorconfig.editorconfig",
        "ms-python.python"
    ],
    "features": {
        "ghcr.io/devcontainers/features/python:1": {
        "version": "3.11.2",
        "installJupyterlab": "true"
        },
    "ghcr.io/devcontainers/features/azure-cli:1": {
        "extensions": "quantum"
        }
    },
    "postCreateCommand": "wget https://dot.net/v1/dotnet-install.sh && chmod +x dotnet-install.sh && ./dotnet-install.sh -c 6.0 && rm dotnet-install.sh && pip install azure-quantum[qiskit]"
}

    Tip

    GitHub Codespaces si můžete kdykoli po nastavení přizpůsobit. Další informace najdete v tématu Úvod do vývojových kontejnerů.

  3. Vyberte Spustit potvrzení > potvrzení přímo do hlavní větve a pak vyberte Potvrdit nový soubor. GitHub vytvoří složku s názvem .devcontainer s vaším novým konfiguračním souborem.

  4. Pokud chcete vytvořit codespace v jiné větvi než main, vyberte tuto větev.

  5. Vyberte Codespaces >> Vytvořit codespace v hlavní (nebo upřednostňované větvi). Počáteční nastavení může trvat 5 až 10 minut.

  6. Po dokončení instalace se otevře vývojové prostředí codespace. Počkejte na dokončení postCreateCommand .

  7. Povolení webového ověřování:

    1. Z příkazového řádku spusťte příkaz az login --use-device-code.
    2. Zkopírujte kód zařízení a použijte ho k ověření na adrese https://microsoft.com/devicelogin.

Další konfigurace (volitelné)

  • Codespace names – Codespaces při vytváření nového prostoru codespace používá náhodně vygenerovaný název. Codespace můžete přejmenovat na přívětivější název výběrem codespaces >> ... > Vedle názvu codespace přejmenujte .
  • Výpočetní prostředky – ve výchozím nastavení se každý codespace vytvoří s minimálním nastavením výpočetních prostředků. Výpočetní prostředky můžete zvýšit výběrem možnosti Codespaces >> ... > Změňte typ počítače vedle názvu codespace. Další informace o poplatcích za další využití výpočetních prostředků najdete v tématu Ceny za placené využití.
  • Konfigurace fakturace – Ve výchozím nastavení se náklady na využití pro GitHub Codespaces automaticky účtují do účtu GitHubu, který prostor codespace vytvořil. Volitelně můžete připojit předplatné Azure a platit za GitHub Codespaces a další služby GitHubu. Další informace a požadavky najdete v tématu Připojení předplatného Azure k podniku.

Další kroky

Pomocí webu Azure Portal:

Použití místního prostředí: