Was ist Azure Quantum?

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 mit wenig bis keiner Änderung gegen mehrere targets der gleichen Familie ausführen, sodass Sie ihre 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, mit Azure Quantum zu beginnen. Sie können beginnen, indem Sie 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 dem Copilot in Azure Quantum interagieren, einem quantenorientierten Chatbot, der Ihnen hilft, Code zu schreiben und Quantenkonzepte besser zu verstehen. Sie können auch von Experten und Enthusiasten über Blogs, Artikel und Videos lernen.

Testen Sie Q#-Codebeispiele im Online-Code-Editor, Code mit Azure Quantum, übermitteln Sie Ihren Auftrag an den cloudbasierten Quantinuum H-Series-Emulator oder mit einem Klick im Online-Code-Editor, öffnen Sie Ihren Code in VS Code für das Web , und arbeiten Sie weiterhin in einer vorab konfigurierten Quantenumgebung.

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

Azure-Portal

Tipp

Erstmalige Benutzer erhalten automatisch USD500 kostenloseAzure Quantum Credits für die Verwendung mit jedem teilnehmenden Quantenhardwareanbieter. Wenn Sie alle Credits verbraucht haben und mehr benötigen, können Sie sich beim Azure Quantum-Guthabenprogramm 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 nicht über ein Azure-Konto verfügen, registrieren Sie sich kostenlos, und registrieren Sie sich für ein kostenpflichtiges Abonnement. Wenn Sie Schüler sind, können Sie ein kostenloses Azure-Konto für Schüler/Studenten nutzen.

2. Azure Quantum-Arbeitsbereich: Ein Azure Quantum-Arbeitsbereich ist eine Sammlung von Ressourcen, die mit dem ausführenden Quantum verbunden 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 für die Entwicklung und Ausführung 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, ganz agnostisch zu sein, was ein Quantenzustand sogar auf jeder target Maschine ist, die je nach Maschine unterschiedliche Interpretationen haben könnte.

Q# ist eine eigenständige Sprache, die ein hohes Maß an Abstraktion bietet. Es gibt keinen Begriff eines Quantenzustands oder eines Schaltkreises; Stattdessen implementiert Q# Programme in Bezug auf Anweisungen und Ausdrücke, ähnlich wie klassische Programmiersprachen. Daher unterstützt die Q#-Sprache die Integration von reichen klassischen und Quantencomputern.

Weitere Informationen finden Sie in der Quantenprogrammiersprache Q#.

Wie kann ich Q#-Quantenprogramme schreiben?

Azure Quantum bietet azure Quantum Development Kit (Modern QDK) an. Mit dem modernen QDK können Sie Q#-Quantenprogramme schreiben, Ihren Code debuggen, Echtzeitcodefeedback erhalten und Ihren target Computer auswählen. Das Modern QDK ist das einzige Development Kit für fehlertolerantes Quantencomputing (FTQC).

Hinweis

Quantum Development Kit Microsoft (Classic QDK) wird nach dem 30. Juni 2024 nicht mehr unterstützt. Wenn Sie ein vorhandener QDK-Entwickler sind, empfehlen wir, dass Sie zum neuen Azure Quantum Development Kit (Modern QDK) wechseln, um die Entwicklung von Quantenlösungen fortzusetzen. Weitere Informationen finden Sie unter Migrieren ihres Q#-Codes zum modernen QDK.

Der moderne QDK bietet zwei Möglichkeiten zum Ausführen Ihrer Quantenprogramme auf Azure Quantum:

• Onlineentwicklung: Schreiben Sie Ihren Quantencode im Online-Code-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 Quantum Computing. Wenn Sie also bereits in anderen Entwicklungssprachen arbeiten, können Sie Ihre Schaltkreise auch auf 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 Hybrid Quantum Computing?

Hybrid quantum computing bezieht sich auf die Prozesse und Architektur eines klassischen Computers und eines Quantencomputers, der zusammen arbeitet, um ein Problem zu lösen. Mit der neuesten Generation der hybriden Quantencomputingarchitektur in Azure Quantum können Sie mit der Programmierung von Quantencomputern beginnen, indem Sie klassische und Quantenanweisungen miteinander mischen.

• Batch-Quantencomputing: Durch das Batching mehrerer Schaltkreise in einem Auftrag wird die Wartezeit zwischen den Auftragsübermittlungen beseitigt, sodass Sie mehrere Aufträge schneller ausführen können. Beispiele für Probleme, die das Batch quantum Computing nutzen können, sind Shors Algorithmus und einfache Quantenphasenschätzung.
• Interaktive Quantencomputing (Sitzungen): Aufträge können logisch in einer Sitzung gruppiert und über Nichtsitzungsaufträge priorisiert werden. Beispiele für Probleme, die diesen Ansatz verwenden können, sind Variational Quantum Eigensolvers (VQE) und Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).
• Integrierte Quantencomputing: Durch die Integration von Quanten- und klassischem Computing können Quantenprogramme sich von nur Schaltkreisen wegbewegen. Programme können jetzt gängige Programmierkonstrukte verwenden, um Mid-Circuit-Messungen durchzuführen, Qubits zu optimieren und wiederzuverwenden und in Echtzeit an die QPU anzupassen. Beispiele für Szenarien, die dieses Modell nutzen können, sind adaptive Phasenschätzung und maschinelles Lernen.
• Verteiltes Quantencomputing: Das verteilte Quantencomputing-Modell ermöglicht Echtzeitberechnungen über Quanten- und verteilte Ressourcen hinweg. Beispiele für Szenarien, die dieses Modell nutzen können, sind komplexe Materialmodellierung oder die Auswertung vollständig katalytischer Reaktionen.

Weitere Informationen finden Sie unter Hybrid Quantum Computing.

Ressourcenschätzung beim Quantencomputing

Bei der Quantenberechnung ist die Ressourcenschätzung die Fähigkeit, die Ressourcen zu verstehen, d. h. die Anzahl der Qubits, die Anzahl der Quantentore, die Verarbeitungszeit usw., die für einen bestimmten Algorithmus benötigt wird, vorausgesetzt (oder als Parameter) bestimmte Hardwaremerkmale übernehmen. Das Verstehen der Anzahl der Qubits, die für eine Quantenlösung erforderlich sind, und der Unterschiede zwischen Qubit-Technologien ermöglichen es Innovatoren, ihre Quantenlösungen vorzubereiten und zu verfeinern, um auf zukünftigen skalierten Quantenmaschinen ausgeführt zu werden und letztendlich ihren Quanteneffekt zu beschleunigen.

Das Azure Quantum Resource Estimator wurde speziell für skalierte quantenfehlertolerante Fehlerkorrektursysteme entwickelt, ermöglicht Es Ihnen, Architekturentscheidungen zu bewerten, Qubit-Technologien zu vergleichen und die ressourcen zu bestimmen, die zum Ausführen eines bestimmten Quantenalgorithmus erforderlich sind. Sie können aus vordefinierten fehlertoleranten Protokollen wählen und Annahmen des zugrunde liegenden physischen Qubit-Modells angeben.

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

Anbieter, die in Azure Quantum verfügbar sind

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 voll 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 Qubit-Konnektivität.
• Quantinuum: Trapped-Ion-Systeme mit hoher Genauigkeit, voll verbundenen Qubits, niedrigen Fehlerraten, Wiederverwendung von Qubits und der Fähigkeit, Messungen in der Mitte von Schaltungen durchzuführen.
• Rigetti: Rigettis Systeme werden von superkonduktionsbasierten 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 werden in Kürze verfügbar sein

• 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:

• Erstellen eines Azure Quantum-Arbeitsbereichs
• Erste Schritte mit Q# und Visual Studio Code
• Erste Schritte mit Q#- und Azure Quantum-Notizbüchern
• Installieren der Quantum Development Kitç
• Ausführen eines Qiskit-Schaltkreises in Azure Quantum