Was ist Azure Quantum?

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Azure Quantum ist ein Cloud-Quantencomputing-Dienst, der einen Satz unterschiedlicher Quantenlösungen und -technologien bietet. Azure Quantum gewährleistet einen offenen, flexiblen und zukunftssicheren Pfad zu Quantencomputing, der sich an Ihre Arbeitsweise anpasst, Ihren Fortschritt beschleunigt und Ihre Technologieinvestitionen schützt.

Azure Quantum bietet nicht nur die beste Entwicklungsumgebung für die gleichzeitige Erstellung von Quantenalgorithmen für mehrere Plattformen, sondern auch die Flexibilität, diese Algorithmen für bestimmte Systeme zu optimieren. Sie können Ihren Code einmal schreiben und ihn mit wenig bis gar keiner Änderung gegen mehrere targets der gleichen Familie ausführen, sodass Sie sich auf die Programmierung auf Algorithmusebene konzentrieren können.

Weitere Informationen zu den Einsatzmöglichkeiten von Quantencomputing und -algorithmen finden Sie unter Grundlegendes zu Quantencomputing.

Erste Schritte mit Azure Quantum

Es gibt verschiedene Möglichkeiten für die ersten Schritte mit Azure Quantum. Sie können zunächst die Azure Quantum-Website erkunden oder Ihren ersten Azure Quantum-Arbeitsbereich erstellen.

Die Azure Quantum-Website

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) ist eine zentrale Ressource für die Erforschung von Quantencomputing. Sie können mit Copilot in Azure Quantum interagieren, einem auf Quanten ausgerichteten Chatbot, mit dem Sie Code schreiben und Quantenkonzepte besser verstehen können. Sie können auch von Experten und Enthusiasten durch Blogs, Artikel und Videos lernen.

Probieren Sie Q#-Codebeispiele im Onlinecode-Editor Code mit Azure Quantum aus, übermitteln Sie Ihren Auftrag an den cloudbasierten Quantinuum H-Series Emulator, oder öffnen Sie mit einem Klick im Onlinecode-Editor Ihren Code in VS Code für das Web , und arbeiten Sie weiter in einer vorkonfigurierten Quantenumgebung.

Die Azure Quantum-Website ist kostenlos und erfordert kein Azure-Konto. Für den Einstieg benötigen Sie lediglich ein Microsoft-E-Mail-Konto (MSA). Weitere Informationen finden Sie unter Erkunden von Azure Quantum.

Das Azure-Portal

Tipp

Erstmalige Benutzer erhalten automatisch kostenlose Azure Quantum-Gutschriften in Höhe von 500 USD für die Verwendung mit jedem teilnehmenden Quantenhardwareanbieter. Wenn Sie das gesamte Guthaben verbraucht haben und mehr benötigen, können Sie sich für das Azure Quantum Credits-Programm bewerben.

Der Einstieg in die Verwendung von Azure Quantum ist sehr einfach und für neue Benutzer kostenlos. Um Ihre Quantenprogramme an Azure Quantum zu übermitteln, benötigen Sie nur zwei Dinge:

  1. Azure-Konto: Wenn Sie kein Azure-Konto besitzen, registrieren Sie sich kostenlos, und registrieren Sie sich für ein Abonnement mit nutzungsbasierter Bezahlung. Wenn Sie Student sind, können Sie ein kostenloses Azure-Konto für Kursteilnehmer nutzen.

  2. Azure Quantum-Arbeitsbereich: Ein Azure Quantum-Arbeitsbereich ist eine Sammlung von Ressourcen, die der Ausführung von Quanten zugeordnet sind. Zum Erstellen eines Azure Quantum-Arbeitsbereichs können Sie im Azure-Portal die Option Schnellerstellung auswählen, um den Arbeitsbereich zu erstellen und die Standardanbieter hinzuzufügen. Alternativ können Sie Erweiterte Erstellung auswählen, die Details Ihres Arbeitsbereichs eingeben und die Anbieter auswählen.

Weitere Informationen finden Sie unter Erstellen eines Azure Quantum-Arbeitsbereichs.

Was ist Q#?

Q# ist eine Open-Source-Quantenprogrammiersprache zum Entwickeln und Ausführen von Quantenprogrammen.

Ein Quantenprogramm kann als spezieller Satz klassischer Unterroutinen betrachtet werden, die eine Berechnung durchführen, indem sie mit einem Quantensystem interagieren. Ein in Q# geschriebenes Programm modelliert nicht direkt den Quantenzustand, sondern beschreibt, wie ein klassischer Computer mit Qubits interagiert. Dies ermöglicht es Ihnen, völlig unabhängig davon zu sein, was ein Quantenzustand sogar auf jedem target Computer ist, der je nach Computer unterschiedliche Interpretationen haben kann.

Q# ist eine eigenständige Sprache, die ein hohes Maß an Abstraktion bietet. Es gibt keine Vorstellung von einem Quantenzustand oder einer Schaltung; Stattdessen implementiert Q# Programme in Form von Anweisungen und Ausdrücken, ähnlich wie bei klassischen Programmiersprachen. Daher unterstützt die Q#-Sprache die Integration von umfangreichem klassischem und Quantencomputing.

Weitere Informationen finden Sie unter Die Quantenprogrammiersprache Q#.

Wie kann ich Q#-Quantenprogramme schreiben?

Azure Quantum bietet das Azure Quantum Development Kit (Modern QDK) an. Mit dem modernen QDK können Sie Q#-Quantenprogramme schreiben, Ihren Code debuggen, Codefeedback in Echtzeit erhalten und Ihren target Computer auswählen. Das moderne QDK ist das einzige Development Kit, das für Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC) bereit ist.

Hinweis

Microsoft Quantum Development Kit (classic QDK) wird nach dem 30. Juni 2024 nicht mehr unterstützt. Wenn Sie ein vorhandener QDK-Entwickler sind, empfehlen wir Ihnen, auf das neue Azure Quantum Development Kit (Modern QDK) umzusteigen, um die Entwicklung von Quantenlösungen fortzusetzen. Weitere Informationen finden Sie unter Migrieren Ihres Q#-Codes zum modernen QDK.

Das moderne QDK bietet zwei Möglichkeiten zum Ausführen Ihrer Quantenprogramme in Azure Quantum:

  • Onlineentwicklung: Schreiben Sie Ihren Quantencode im Onlinecode-Editor und in Visual Studio Code für das Web.
  • Lokale Entwicklung: Installieren Sie die Moderne QDK-Erweiterung für Visual Studio Code, und schreiben Sie Ihren Quantencode lokal. Weitere Informationen finden Sie unter Installieren des modernen QDK.

Neben der Unterstützung für Q# bieten die QDKs Unterstützung für Qiskit und Cirq für Quantencomputing. Wenn Sie also bereits in anderen Entwicklungssprachen arbeiten, können Sie Ihre Leitungen auch in Azure Quantum ausführen.

Hinweis

Ein Azure Quantum-Arbeitsbereich ist erforderlich, um Ihre lokalen Quantenprogramme auf Azure Quantum-Anbietern auszuführen. Weitere Informationen finden Sie unter Erstellen eines Azure Quantum-Arbeitsbereichs.

Was ist hybrides Quantencomputing?

Hybrid Quantum Computing bezieht sich auf die Prozesse und die Architektur eines klassischen Computers und eines Quantencomputers, die zusammenarbeiten, um ein Problem zu lösen. Mit der neuesten Generation der hybriden Quantencomputingarchitektur, die in Azure Quantum verfügbar ist, können Sie mit der Programmierung von Quantencomputern beginnen, indem Sie klassische und Quantenanweisungen miteinander kombinieren.

  • Batch-Quantencomputing: Durch die Batchverarbeitung mehrerer Leitungen in einen Auftrag wird das Warten zwischen Auftragsübermittlungen vermieden, sodass Sie mehrere Aufträge schneller ausführen können. Beispiele für Probleme, die das Batch-Quantencomputing nutzen können, sind der Shor-Algorithmus und die einfache Quantenphasenschätzung.
  • Interaktives Quantencomputing (Sitzungen): Aufträge können logisch in einer Sitzung gruppiert und gegenüber Nichtsitzungsaufträgen priorisiert werden. Beispiele für Probleme, die diesen Ansatz verwenden können, sind Variational Quantum Eigensolvers (VQE) und Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).
  • Integriertes Quantencomputing: Durch die Integration von Quantencomputing und klassischem Computing können Sich Quantenprogramme von nur Schaltungen entfernen. Programme können jetzt gängige Programmierkonstrukte verwenden, um Messungen im Mittleren Schaltkreis durchzuführen, Qubits zu optimieren und wiederzuverwenden und in Echtzeit an die QPU anzupassen. Beispiele für Szenarien, die dieses Modell nutzen können, sind die adaptive Phasenschätzung und maschinelles Lernen.
  • Verteiltes Quantencomputing: Das verteilte Quantencomputing-Modell ermöglicht Echtzeitberechnungen für quanten- und verteilte Ressourcen. Beispiele für Szenarien, die dieses Modell nutzen können, sind komplexe Materialmodellierung oder die Auswertung vollständiger katalytischer Reaktionen.

Weitere Informationen finden Sie unter Hybrid Quantum Computing.

Ressourcenschätzung beim Quantencomputing

Im Quantencomputing ist die Ressourcenschätzung die Fähigkeit, die Ressourcen zu verstehen, d. h. die Anzahl der Qubits, die Anzahl der Quantengates, die Verarbeitungszeit usw., die für einen bestimmten Algorithmus erforderlich ist, wobei bestimmte Hardwaremerkmale vorausgesetzt (oder als Parameter verwendet werden). Wenn Sie die Anzahl von Qubits kennen, die für eine Quantenlösung erforderlich sind, und die Unterschiede zwischen qubit-Technologien, können Innovatoren ihre Quantenlösungen vorbereiten und verfeinern, um auf zukünftigen skalierten Quantencomputern ausgeführt zu werden und letztendlich ihre Quantenwirkung zu beschleunigen.

Der Azure Quantum Resource Estimator wurde speziell für fehlertolerante Systeme für skalierte Quantenfehler entwickelt und ermöglicht Es Ihnen, Architekturentscheidungen zu bewerten, Qubittechnologien zu vergleichen und die Ressourcen zu ermitteln, die zum Ausführen eines bestimmten Quantenalgorithmus erforderlich sind. Sie können aus vordefinierten fehlertoleranten Protokollen wählen und Annahmen des zugrunde liegenden physischen Qubitmodells angeben.

Der Azure Quantum Resource Estimator berechnet die Physische Ressourcenschätzung nach dem Layout, indem eine Reihe von Eingaben wie Qubitparametern, der QEC-Code (Quantum Error Correction, Quantenfehlerkorrektur), das Fehlerbudget und andere Parameter berücksichtigt werden. Es verwendet ein Quantum Intermediate Representation QIR-Programm als Eingabe und unterstützt daher jede Sprache, die in QIR übersetzt wird. Beispielsweise können Sie den Azure Quantum Resource Estimator mit Q# und Qiskit verwenden.

Diagramm: Vom Resource Estimator bereitgestellte Komponenten und entsprechende Anpassungen. Die bereitgestellten Aspekte sind Anwendungseingabe, Kompilierungstools, QIR, QEC-Modelle, Qubit-Modelle und Analyse. Der Kunde kann Anwendungsprogramm, Kompilierungs- oder Optimierungstools, QIR-Code, QEC-Modelle, Qubit-Parameter und Analyse- und Visualisierungstools mitbringen.

In Azure Quantum verfügbare Anbieter

Azure Quantum verfügt über einige der überzeugendsten und vielfältigsten Quantenressourcen, die bei Branchenführern heutzutage erhältlich sind. Azure Quantum bietet ein Partnernetzwerk mit folgenden Anbietern, um die Ausführung von Q#-Quantenprogrammen auf echter Hardware sowie Codetests auf simulierten Quantencomputern zu ermöglichen:

Wählen Sie den Anbieter aus, der am besten zu den Merkmalen Ihres Problems und zu Ihren Anforderungen passt.

  • IONQ: Dynamisch rekonfigurierbare Trapped-Ion-Quantencomputer für bis zu 11 vollständig verbundene Qubits, mit denen Sie ein Zwei-Qubit-Gate zwischen jedem Paar ausführen können.
  • PASQAL (Private Preview): Neutrale atombasierte Quantenprozessoren, die bei Raumtemperatur arbeiten, mit langen Kohärenzzeiten und beeindruckender Qubitkonnektivität.
  • Quantinuum: Trapped-Ion-Systeme mit hoher Genauigkeit, vollständig verbundenen Qubits, niedrigen Fehlerraten, Wiederverwendung von Qubits und der Möglichkeit, Messungen im Mittleren Kreislauf durchzuführen.
  • Rigetti: Rigettis Systeme werden von supraleitenden Qubit-basierten Quantenprozessoren angetrieben. Sie bieten schnelle Gatezeiten, bedingte Logik mit geringer Latenz und schnelle Programmausführungszeiten.

Weitere Informationen zu den Spezifikationen der einzelnen Anbieter finden Sie in der vollständigen Quantum Computing-Listetarget.

Anbieter in Kürze verfügbar

  • Quantum Circuits, Inc: Supraleitende Full-Stack-Schaltungen mit Echtzeitfeedback, das Fehlerkorrektur und codierungsunabhängige Verschränkungsgatter ermöglicht.

Nächste Schritte

Beginnen Sie mit der Verwendung von Azure Quantum: