¿Qué es Azure Quantum?

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Azure Quantum es el servicio de computación cuántica en la nube de Azure e incluye un conjunto diverso de tecnologías y soluciones cuánticas. Azure Quantum garantiza una ruta abierta, flexible y preparada para el futuro a la computación cuántica que se adapta a su forma de trabajar, acelera el progreso y protege sus inversiones tecnológicas.

Azure Quantum proporciona el mejor entorno de desarrollo para crear algoritmos cuánticos para varias plataformas a la vez, al tiempo que conserva la flexibilidad para ajustar los mismos algoritmos para sistemas específicos. Puede escribir el código una vez y ejecutarlo con poco o ningún cambio en varios targets de la misma familia, lo que le permite centrar la programación en el nivel de algoritmo.

Si el objetivo es simular problemas mecánicos cuánticos, como las reacciones químicas, reacciones biológicas o formaciones de material, los equipos cuánticos funcionan excepcionalmente bien porque usan fenómenos cuánticos en su cálculo. Los equipos cuánticos también pueden ayudar a acelerar el progreso en diversas áreas, como los servicios financieros, el aprendizaje automático y las búsquedas de datos no estructurados, en las que se necesitan muchos cálculos.

Para más información sobre cómo se puede usar la computación cuántica y los algoritmos cuánticos, consulte Descripción de la computación cuántica.

Sugerencia

Si no tiene una cuenta de Azure, regístrese gratuitamente y regístrese para obtener una suscripción de pago por uso. Si es estudiante, puede aprovechar una cuenta gratuita de Azure para los alumnos.

Introducción a Azure Quantum

Sitio web de Azure Quantum

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) es un recurso central para explorar la computación cuántica. Puede jugar con Copilot en Azure Quantum, un bot de chat centrado en quantum que le ayuda a escribir código y comprender mejor los conceptos. También puede aprender de expertos y entusiastas a través de blogs, artículos y vídeos. Y puede probar algunos ejemplos de código de Q# en el editor de código en línea, de forma gratuita; todo lo que necesita es una cuenta de correo electrónico de Microsoft (MSA). Para empezar, consulte Exploración de Azure Quantum.

Azure Portal

Sugerencia

Los usuarios de primera vez obtienen automáticamente 500 USD gratis (USD)Créditos de Azure Quantum para su uso con cada proveedor de hardware cuántico participante. Si ha consumido todos los créditos y necesita más, puede solicitar participar en el programa Créditos de Azure Quantum.

Es muy fácil empezar a usar Azure Quantum y es gratuito para los nuevos usuarios. Para enviar los programas cuánticos y las soluciones de optimización a Azure Quantum, solo necesita dos cosas:

  1. Cuenta de Azure: si no tiene una cuenta de Azure, regístrese gratuitamente y regístrese para obtener una suscripción de pago por uso.
  2. Área de trabajo de Azure Quantum: un área de trabajo de Azure Quantum es una colección de recursos asociados con la ejecución de aplicaciones cuánticas o de optimización. Para crear un área de trabajo de Azure Quantum, vaya a Azure Portal, seleccione Creación rápida y se creará automáticamente el área de trabajo, así como se agregarán los proveedores predeterminados. O bien, seleccione Crear previamente e introduzca los detalles del área de trabajo y elija los proveedores.

Para más información, consulte Creación de un área de trabajo de Azure Quantum.

Computación cuántica híbrida

La computación cuántica híbrida hace referencia a los procesos y la arquitectura de un equipo clásico y un equipo cuántico que trabaja conjuntamente para resolver un problema. Con la última generación de arquitectura de computación cuántica híbrida disponible en Azure Quantum, puede empezar a programar equipos cuánticos mediante la combinación de instrucciones clásicas y cuánticas. Para más información, consulte Computación cuántica híbrida.

  • Computación cuántica por lotes: el procesamiento por lotes de varios circuitos en un trabajo elimina la espera entre envíos de trabajos, lo que le permite ejecutar varios trabajos más rápido. Algunos ejemplos de problemas que pueden aprovechar la computación cuántica por lotes incluyen el algoritmo de Shor y la estimación de fase cuántica simple.
  • Computación cuántica interactiva (sesiones): los trabajos se pueden agrupar lógicamente en una sesión y priorizar los trabajos que no son de sesión. Algunos ejemplos de problemas que pueden usar este enfoque son Los igensolvers cuánticos variantes (VQE) y los algoritmos de optimización aproximada cuántica (QAOA).
  • Computación cuántica integrada: mediante la integración de la computación cuántica y clásica, los programas cuánticos pueden alejarse de solo circuitos. Los programas ahora pueden usar construcciones de programación comunes para realizar mediciones de circuito medio, optimizar y reutilizar cúbits, y adaptarse en tiempo real a la QPU. Algunos ejemplos de escenarios que pueden aprovechar este modelo son la estimación de fase adaptable y el aprendizaje automático.
  • Computación cuántica distribuida: el modelo de computación cuántica distribuida permite cálculos en tiempo real en recursos cuánticos y distribuidos. Ejemplos de escenarios que pueden aprovechar este modelo son el modelado de materiales complejos o la evaluación de reacciones catalíticas completas.

Estimación de recursos en la computación cuántica

En la computación cuántica, la estimación de recursos es la capacidad de comprender los recursos, es decir, el número de cúbits, el número de puertas cuánticas, el tiempo de procesamiento, etc., que será necesario para un algoritmo determinado, suponiendo (o tomando como parámetros) determinadas características de hardware. Comprender el número de cúbits necesarios para una solución cuántica y las diferencias entre las tecnologías de cúbits permite a los innovadores preparar y refinar sus soluciones cuánticas para ejecutarse en máquinas cuánticas a escala futura y, en última instancia, acelerar su impacto cuántico.

Diseñado específicamente para sistemas con corrección de errores con tolerancia a errores cuánticos escalados, el estimador de recursos de Azure Quantum le permite evaluar decisiones arquitectónicas, comparar tecnologías de cúbits y determinar los recursos necesarios para ejecutar un algoritmo cuántico determinado. Puede elegir entre protocolos predefinidos de tolerancia a errores y especificar suposiciones del modelo de cúbit físico subyacente.

El estimador de recursos de Azure Quantum calcula la estimación de recursos físicos posteriores al diseño tomando un conjunto de entradas como parámetros de cúbit, el código de corrección de errores cuánticos (QEC), el presupuesto de errores y otros parámetros en cuenta. Toma un Quantum Intermediate Representation programa (QIR) como entrada y, por lo tanto, admite cualquier idioma que se traduzca a QIR, por ejemplo, puede usar el estimador de recursos de Azure Quantum con Q# y Qiskit.

Para obtener más información, consulte Funcionamiento del estimador de recursos.

¿Qué son Q# y ?Quantum Development Kit

Microsoft Quantum Development Kit (QDK) es el SDK necesario para interactuar con el servicio Azure Quantum. El QDK incluye el lenguaje Q#, un lenguaje de programación cuántica de código abierto de alto nivel que le permite centrar su trabajo en el nivel de algoritmo y aplicación para crear programas cuánticos.

Puede instalar el QDK localmente en el equipo o usarlo como componente preinstalado en la parte gratuita de jupyter notebooks hospedados del servicio Azure Quantum. Cualquiera de los entornos permite enviar trabajos al hardware cuántico mediante el servicio Azure Quantum, o bien usar simuladores cuánticos locales o basados en la nube. Para obtener más información, vea diferentes formas de ejecutar un programa de Q#.

Un programa cuántico se puede considerar un conjunto determinado de subrutinas clásicas que, cuando se llaman, realizan un cálculo mediante la interacción con un sistema cuántico; un programa escrito en Q# no modela directamente el estado cuántico, sino que describe cómo interactúa un equipo de control clásico con los cúbits. Esto le permite ser completamente independiente de lo que un estado cuántico incluso está en cada target máquina, que podría tener interpretaciones diferentes en función de la máquina. Puede escribir el código una vez y, con poco o ningún cambio, ejecutarlo en varios targets de la misma familia, lo que le permite centrar la programación en el nivel de algoritmo.

Para obtener más información, vea Introducción a Q# y .Quantum Development Kit

Flujo de trabajo del desarrollo de software cuántico

Azure Quantum proporciona el mejor entorno de desarrollo para crear algoritmos cuánticos para varias plataformas a la vez, al tiempo que conserva la flexibilidad para ajustar los mismos algoritmos para sistemas específicos. Puede elegir entre lenguajes de programación cuántica como Qiskit, Cirq y Q#, y ejecutar los algoritmos en varios sistemas cuánticos.

En el diagrama siguiente se muestran las fases por las que pasa un programa cuántico desde una idea a una implementación completa en Azure Quantum, y las herramientas que ofrece el QDK para cada fase.

flujo de trabajo de qdk

  1. Escritura del código cuántico. Puede escribir el programa de Q# con los cuadernos de Jupyter Notebook hospedados disponibles en el área de trabajo de Azure Quantum. Si prefiere un entorno de desarrollo local, puede crear el programa de Q# mediante las extensiones de QDK para Visual Studio 2022 y Visual Studio Code.

  2. Uso de bibliotecas para mantener el código genérico. Las bibliotecas cuánticas de código abierto le ayudan a mantener el código de alto nivel, realizando una gran cantidad del trabajo pesado en la implementación para que pueda centrarse en la lógica de los algoritmos. Incluyen bibliotecas estándar que implementan patrones comunes para una gran cantidad de algoritmos cuánticos y bibliotecas específicas de dominio, como una química y bibliotecas de aprendizaje automático .

  3. Integración con software clásico. Quantum Development Kit Permite integrar programas de Q# con Python y .NET, lo que permite a un desarrollador de software cuántico aprovechar muchos de los avances realizados en la informática clásica en los últimos 70 años. También puede reutilizar y enviar el código fuente de Qiskit y Cirq existente con poco o ningún cambio.

  4. Ejecución del código cuántico en la simulación. Una vez que haya escrito el programa, querrá usar simuladores cuánticos: programas clásicos que simulan el comportamiento de un sistema cuántico, de modo que pueda ejecutar y depurar los algoritmos cuánticos escritos en Q#.

  5. Estimación de los recursos. Debe comprender cómo cambia la implementación del programa cuántico al consumo de recursos. Puede usar el estimador de recursos de Azure Quantum para indicarle las estimaciones de recursos físicos que necesita y cuánto tiempo tardará el programa en ejecutarse.

  6. Ejecución del código en hardware cuántico. Por último, el último paso es usar Azure Quantum para ejecutar el programa en hardware cuántico.

Nota:

Azure Quantum es un ecosistema flexible. Puede ejecutar código de Python en Azure Quantum sin llamar explícitamente a ningún código de Q#, como enviar circuitos Qiskit o Cirq. Para usar estas características, debe instalar el paquete de Python azure-quantum.

Proveedores disponibles en Azure Quantum

Azure Quantum ofrece algunos de los recursos cuánticos más atractivos y diversos disponibles actualmente por parte de los líderes del sector. Azure Quantum se ha asociado con los siguientes proveedores para permitirle ejecutar los programas cuánticos de Q# en hardware real, y darle la opción de probar el código en equipos cuánticos simulados.

Elija el proveedor que mejor se adapte a las características de su problema y sus necesidades.

  • Quantinuum: sistema de iones atrapados con cúbits totalmente conectados de alta fidelidad, con tasas de error bajas, reutilización de cúbits y la capacidad de tomar medidas en el circuito medio.
  • IONQ: equipo cuántico de iones atrapados reconfigurable dinámicamente hasta 11 cúbits totalmente conectados, lo que le permite ejecutar una puerta de dos cúbits entre cualquier par.
  • Rigetti: procesadores superconductores basados en puerta que usan Quantum Intermediate Representation (QIR) para habilitar una baja latencia y ejecución paralela.
  • Pasqal: procesadores cuánticos neutros basados en átomos que funcionan a temperatura ambiente, con tiempos de coherencia largos y una impresionante conectividad de cúbits. Puede llevar a cabo el registro previo hoy en la versión preliminar privada de Pasqal de Azure Quantum.
  • Quantum Circuits, Inc: circuitos superconductores de pila completa, con comentarios en tiempo real que permiten la corrección de errores y puertas de entrelazamiento independientes de la codificación.

Para obtener más información sobre las especificaciones de cada proveedor, consulte la lista completa de computación target cuántica.

Pasos siguientes

Empiece a usar Azure Quantum: