Mi az az Azure Quantum?

Az Azure Quantum az Azure felhőalapú kvantum-számítástechnikai szolgáltatása, amely számos különböző kvantummegoldással és technológiával rendelkezik. Az Azure Quantum nyílt, rugalmas és időtálló utat biztosít a kvantum-számítástechnika számára, amely alkalmazkodik a munkamódszeréhez, felgyorsítja az előrehaladást, és megvédi a technológiai befektetéseit.

Az Azure Quantum biztosítja a legjobb fejlesztési környezetet, amely egyszerre több platformhoz is létrehoz kvantum-algoritmusokat, miközben megőrzi a rugalmasságot, hogy ugyanazon algoritmusokat egyes rendszerekhez hangolja. A kódot egyszer megírhatja, és kevés módosítás nélkül futtathatja ugyanannak a családnak a több célhelyén, így a programozást az algoritmus szintjén összpontosíthatja.

  • Nyílt ökoszisztéma, amely lehetővé teszi a különböző kvantumszoftverek, hardverek és megoldások elérését Microsoft és partnereitől. Választhat olyan kvantumprogramozási nyelvek közül, mint a Qiskit, a Cirq és a Q#, és több kvantumrendszeren futtathatja az algoritmusokat.
  • A kvantumhatás ma lehetővé teszi, hogy egyidejűleg felfedezze a mai kvantumrendszereket, és készen álljon a jövőbeli skálázott kvantumrendszerekre, valamint a klasszikus és gyorsított számítási erőforrásokon futó előre elkészített megoldásokkal (más néven optimalizálási megoldások).

Tipp

Ha nincs Azure-fiókja, regisztráljon ingyenesen , és regisztráljon használatalapú fizetéses előfizetésre. Ha Ön diák, használhatja az ingyenes Azure-fiókot a diákok számára.

Az Azure Quantum részei

Az Azure Quantum segítségével kihasználhatja a kvantum-számítástechnika előnyeit egy teljes veremű nyílt felhőbeli ökoszisztémában, amely szoftverhez, hardverhez és előre elkészített megoldásokhoz fér hozzá. Az Azure Quantum kétféle kvantummegoldást kínál: a kvantum-számítástechnikát és az optimalizálást.

Kvantum-számítástechnika

Ha kvantummechanikai problémákat, például kémiai reakciókat, biológiai reakciókat vagy anyagképződményeket szeretne szimulálni, a kvantumszámítógépek rendkívül jól működnek, mert kvantumjelenségeket használnak a számításaikban. A kvantumszámítógépek emellett segíthetnek felgyorsítani az előrehaladást olyan különböző területeken, mint a pénzügyi szolgáltatások, a gépi tanulás és a strukturálatlan adatkeresések, ahol sok számításra van szükség.

Az Azure Quantum használatával a kutatók és a vállalkozások kvantum-számítástechnikával modellezhetnek összetett forgatókönyveket a kockázatkezelés, a kiberbiztonság, a hálózatelemzés, az adatkeresés, a vakcinafejlesztés vagy az anyagelemzés terén. A kvantum-számítástechnika és a kvantum-algoritmusok használatáról további információt a Kvantum-számítástechnika ismertetése című témakörben talál.

Optimalizálás

A kvantumeffektusok klasszikus számítógépekre gyakorolt több évtizedes szimulációja új típusú kvantummegoldások kifejlesztéséhez vezetett, a kvantumalapú optimalizálás néven. Az optimalizálás az a folyamat, amely a kívánt eredmény és megkötések alapján a legjobb megoldást keresi egy problémára. Összetett optimalizálási problémák léteznek minden iparágban: jármű-útválasztás, ellátási lánc kezelése, ütemezés, portfólióoptimalizálás, energiahálózat-kezelés és sok más. Ezeknek a valós problémáknak a megoldása nagy értékű előnyöket eredményez, például alacsonyabb költségeket, felgyorsított folyamatokat vagy csökkentett kockázatokat.

A kvantumalapú optimalizálási algoritmusok kihasználják a kvantum-számítástechnika néhány előnyét a klasszikus hardvereken, és felgyorsítják a hagyományos megközelítéseket.

Az Azure Quantum hozzáférést biztosít a Microsoft és partnerei által fejlesztett, a legkorszerűbb kvantumalapú optimalizálási algoritmusok széles halmazához. Az Azure Quantum optimalizálási megoldásairól további információt a Mi az optimalizálás? című témakörben talál.

Hogyan kezdheti el az Azure Quantum használatbavételét?

Tipp

Az első alkalommal használt felhasználók automatikusan ingyenes 500 DOLLÁR (USD) ingyenesAzure Quantum Credit-kreditet kapnak az egyes részt vevő kvantumhardver-szolgáltatókhoz való használatra. Ha felhasználta az összes kreditet, és többre van szüksége, az Azure Quantum Credits programra is jelentkezhet.

Az Azure Quantum használatának megkezdése nagyon egyszerű és ingyenes az új felhasználók számára. Ahhoz, hogy kvantumprogramokat és optimalizálási megoldásokat küldjön az Azure Quantumnak, csak két dologra van szüksége:

  1. Azure-fiók: Ha nem rendelkezik Azure-fiókkal, regisztráljon ingyenesen, és regisztráljon használatalapú fizetéses előfizetésre.
  2. Azure Quantum-munkaterület: Az Azure Quantum-munkaterület a kvantum- vagy optimalizálási alkalmazások futtatásához kapcsolódó eszközök gyűjteménye. Azure Quantum-munkaterület létrehozásához lépjen a Azure Portal, válassza a Gyors létrehozás lehetőséget, és automatikusan létrehozza a munkaterületet, és hozzáadja az alapértelmezett szolgáltatókat. Vagy válassza az Előzetes létrehozás lehetőséget, és adja meg a munkaterület adatait, és válassza ki a szolgáltatókat.

További információ: Azure Quantum-munkaterület létrehozása.

Erőforrás-becslés a kvantum-számítástechnikában

A kvantum-számítástechnikában az erőforrás-becslés az erőforrások megértésének képessége, azaz a qubitek száma, a kvantumkapuk száma, a feldolgozási idő stb. A kvantummegoldásokhoz szükséges qubitek számának és a qubittechnológiák közötti különbségeknek a megértése lehetővé teszi az innovátorok számára, hogy előkészítsék és finomítsák kvantummegoldásaikat a jövőbeli skálázott kvantumgépeken való futtatáshoz, és végső soron felgyorsítsák azok kvantumhatását.

Az Azure Quantum egy belső erőforrás-becslési célt kínál, amely kiszámítja és kimeneteli a falióra végrehajtási idejét és a program fizikai erőforrás-becsléseit, feltéve, hogy hibatűrő hibajavítású kvantumszámítógépen hajtják végre. A kifejezetten skálázott kvantumokhoz (NISQ utáni, hibatűrő rendszerekhez) tervezett Azure Quantum Resource Estimator lehetővé teszi az architekturális döntések értékelését, a qubittechnológiák összehasonlítását és az adott kvantumalgoritmus végrehajtásához szükséges erőforrások meghatározását. Választhat az előre definiált hibatűrő protokollok közül, és megadhatja a mögöttes fizikai qubitmodell feltételezéseit.

Az Azure Quantum Resource Estimator az elrendezés utáni fizikai erőforrás-becslést úgy számítja ki, hogy feltételezi a qubitparamétereket, a kvantumhiba-korrekciós (QEC-) kódokat és a hibakeretet. Bemenetként egy Kvantum köztes reprezentáció (QIR) programot használ, ezért bármilyen nyelvet támogat, amely a QIR-ra fordít, például használhatja az Azure Quantum Resource Estimatort népszerű kvantum SDK-kkal és olyan nyelvekkel, mint a Q# és a Qiskit.

Az Azure Quantum Resource Estimator bemenetek készletét használja előre definiált értékekkel, hogy könnyen elkezdhesse az első lépéseket:

  • Fizikai qubitparaméterek
  • Kvantumhiba-korrekciós (QEC) séma
  • Hibakeret

További információt az Azure Quantum Resource Estimator referenciaoldalán talál.

Mi a Q# és a Quantum Development Kit?

A Microsoft Quantum Development Kit (QDK) egy nyílt forráskódú fejlesztői készlet az Azure Quantum-hoz. Beépített az Azure Quantum Portalra, ahol üzemeltetett Jupyter Notebookok használatával fejleszthet programokat. A QDK-t saját helyi környezetére is telepítheti, és online is dolgozhat az Azure Quantum szolgáltatással és offline állapotban is. A QDK tartalmazza a Q#kvantumprogramozási nyelvet, amely egy magas szintű programozási nyelv, amely lehetővé teszi, hogy a munkáját az algoritmus és az alkalmazás szintjén összpontosítsa a kvantumprogramok létrehozásához.

A Quantum Development Kit

A QDK olyan eszközök készletét kínálja, amelyek segítenek a kvantumszoftverek fejlesztési folyamatában:

Megjegyzés

Az Azure Quantum egy rugalmas ökoszisztéma. Python-kódot futtathat az Azure Quantum-on anélkül, hogy bármilyen Q#-kódot kifejezetten meghívna, például Qiskit- vagy Cirq-kapcsolatcsoportokat küldhet, vagy optimalizálási problémákat küldhet. Ezeknek a funkcióknak a használatához telepítenie kell az azure-quantum Python csomagot.

A Q kvantumprogramozási nyelv #

Miért érdemes kvantumprogramozási nyelvet létrehozni? Röviden, mert algoritmusokat szeretne írni, nem áramköröket.

A kvantumprogramok a klasszikus alrutinok egy adott készletének tekinthetők, amelyek meghívásakor számításokat hajtanak végre egy kvantumrendszerrel való interakcióval; A Q#-ban írt programok nem közvetlenül modellezik a kvantumállapotot, hanem azt írják le, hogy a klasszikus vezérlőszámítógép hogyan kommunikál a qubitekkel. Ez lehetővé teszi, hogy teljesen agnosztikus legyen arról, hogy milyen kvantumállapot van az egyes célgépeken, amelyek a géptől függően eltérő értelmezésekkel rendelkezhetnek. A kódot egyszer megírhatja, és a módosítás nélkül futtathatja ugyanazon család több célpontján, így a programozást az algoritmus szintjén összpontosíthatja.

Az Azure Quantum Portalon q# vagy Python használatával fejleszthet kvantumprogramokat a Jupyter Notebooks használatával, vagy a helyi környezetben is fejleszthet a kedvenc IDE-jével. Bármelyik környezetben feladatokat küldhet kvantumhardverbe az Azure Quantum szolgáltatáson keresztül, vagy használhat felhőalapú vagy helyi kvantumszimulátorokat. További információkért tekintse meg a Q#-programok futtatásának különböző módjait.

A kvantumszoftver-fejlesztés munkafolyamata

Az Azure Quantum biztosítja a legjobb fejlesztési környezetet, amely egyszerre több platformhoz is létrehoz kvantum-algoritmusokat, miközben megőrzi a rugalmasságot, hogy ugyanazon algoritmusokat egyes rendszerekhez hangolja. Választhat olyan kvantumprogramozási nyelvek közül, mint a Qiskit, a Cirq és a Q#, és több kvantumrendszeren futtathatja az algoritmusokat. Az Azure Quantum használatával egyszerűen felfedezheti a mai kvantumrendszereket, és készen áll a jövő skálázott kvantumrendszereire.

Az alábbi ábra azokat a fázisokat mutatja be, amelyeken keresztül egy kvantumprogram az ötlettől az Azure Quantum implementációjának befejezéséig tart, és az egyes szakaszokhoz a QDK által kínált eszközöket.

qdk-munkafolyamat

  1. Írja meg a kvantumkódot. Q#-programját az Azure Quantum-munkaterületen elérhető üzemeltetett Jupyter Notebookokkal írhatja. Ha helyi fejlesztési környezetet szeretne, létrehozhatja Q#-programját a Visual Studio, a Visual Studio Code vagy a Jupyter NotebookS QDK-bővítményeinek használatával.

  2. Kódtárak használatával tartsa magas szinten a kódot. A kvantumkódtárak segítenek magas szinten tartani a kódot, és sok nagy emelést hajtanak végre az implementációban, hogy az algoritmusok logikájára összpontosíthasson.

  3. Integráció klasszikus szoftverekkel. A Quantum Development Kit segítségével Q#-programokat integrálhat a Pythonnal és a .NET-tel, így egy kvantumszoftver-fejlesztő kihasználhatja a klasszikus számítástechnika terén az elmúlt 70 év során elért számos előnyt. A meglévő Qiskit- és Cirq-forráskódot is felhasználhatja és elküldheti, ha nem változik.

  4. Futtassa a kvantumkódot szimulációban. Miután megírta a programot, kvantumszimulátorokat szeretne használni – klasszikus programokat, amelyek a kvantumrendszer viselkedését szimulálják, hogy a program egy kis példányát futtathassa, és tényleges hardverhozzáférés nélkül láthassa, mit csinál.

  5. Erőforrások becslése. Mielőtt kvantumhardveren futna, ki kell derítenie, hogy a program futtatható-e meglévő hardveren. Az Azure Quantum Resource Estimator segítségével megadhatja, hogy milyen fizikai erőforrás-becslésekre van szüksége, és mennyi ideig tart a program.

  6. Futtassa a kódot kvantumhardveren. Végül az utolsó lépés az, hogy az Azure Quantum használatával futtatja a programot kvantumhardveren!

Megjegyzés

Ugyanazt a Q#-kódot használja a munkafolyamat minden lépéséhez. Rövid távon előfordulhat, hogy a kód egyes részeit módosítania kell, hogy figyelembe vegyék az aktuális hardverkorlátokat. Hosszú távon azonban kódmódosítások nélkül válthat a különböző szimulátorok és hardverszolgáltatók között.

Az Azure Quantum-on elérhető szolgáltatók

Az Azure Quantum az iparági vezetők által ma elérhető legkülönfélébb és legkülönfélébb kvantumerőforrásokat kínálja. Az Azure Quantum jelenleg az alábbi szolgáltatókkal együttműködve teszi lehetővé a Q#-kvantumprogramok valós hardveren való futtatását, valamint a kód szimulált kvantumszámítógépeken való tesztelésének lehetőségét.

Kvantum-számítástechnikai szolgáltatók

Válassza ki azt a szolgáltatót, amely a legjobban megfelel a probléma jellemzőinek és igényeinek.

  • Quantinuum: Csapdába esett ion rendszer nagy megbízhatósággal, teljes mértékben csatlakoztatott qubitekkel, alacsony hibaarányokkal, qubit-újrahasználattal és közép áramköri mérések elvégzésének képességével.
  • IONQ: Dinamikusan újrakonfigurálhatja a csapdába esett ion kvantumszámítógépet akár 11 teljesen csatlakoztatott qubithez, így két qubites kaput futtathat bármelyik pár között.
  • Rigetti: A kapualapú szupravezető processzorok hamarosan elérhetők lesznek az Azure Quantum-ban, és a Kvantum köztes reprezentáció (QIR) használatával teszik lehetővé a kis késést és a párhuzamos végrehajtást.
  • Pasqal: Semleges atomalapú kvantumprocesszorok, szobahőmérsékleten működnek, hosszú koherenciaidővel és lenyűgöző qubit-kapcsolattal. Ma előre regisztrálhat az Azure Quantum Pasqal privát előzetes verziójára .
  • Quantum Circuits, Inc: Teljes veremes szupravezető áramkörök, valós idejű visszajelzéssel, amely lehetővé teszi a hibajavítást, kódolási-agnosztikus összefonódási kapukat. Ma már előre regisztrálhat az Azure Quantum privát QCI-előzetes verziójára .

Az egyes szolgáltatók specifikációiról további információt a kvantum-számítástechnika céllistájában talál.

Optimalizálási szolgáltatók

Optimalizálási megoldások esetén az alábbi szolgáltatók közül választhat:

  • 1QBit: Iteratív heurisztikus algoritmusok, amelyek keresési technikákat használnak a QUBO-problémák megoldásához.
  • Microsoft QIO: Több célkészlet, amely újrareadja az optimalizálási problémát, amelyet több évtizedes kvantumkutatás ihletett.
  • Toshiba SQBM+: A Toshiba Simulated Quantum Bifurcation Machine egy GPU-alapú ISING-gép, amely nagy léptékű kombinatorikus optimalizálási problémákat old meg nagy sebességgel.

Az egyes szolgáltatók specifikációiról további információt a teljes optimalizálási céllistán talál.

Következő lépések

Az Azure Quantum használatának megkezdése: