Mi az az Azure Quantum?

Cikk
04/13/2024

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 ugyanazon család több targets tagja ellen, így a programozást az algoritmus szintjén összpontosíthatja.

A kvantum-számítástechnika és a kvantum-algoritmusok használatáról további információt a Kvantum-számítástechnika ismertetése című témakörben talál.

Hogyan kezdheti el az Azure Quantum használatbavételét?

Az Azure Quantum használatának különböző módjai vannak. Első lépésként tekintse meg az Azure Quantum webhelyét, vagy hozza létre az első Azure Quantum-munkaterületet.

Az Azure Quantum webhelye

Az Azure Quantum (quantum.microsoft.com) egy központi erőforrás a kvantum-számítástechnika felfedezéséhez. Kapcsolatba léphet a Copilottal az Azure Quantumban, amely egy kvantumközpontú csevegőrobot, amely segít a kód írásában és a kvantumfogalmak jobb megértésében. Blogokon, cikkeken és videókon keresztül szakértőktől és rajongóktól is tanulhat.

Próbálja ki a Q#-kódmintákat az online kódszerkesztőben, a Code with Azure Quantum(Kód az Azure Quantum használatával), küldje el a feladatot a felhőalapú Quantinuum H-Series Emulatornak, vagy egy kattintással az online kódszerkesztőben nyissa meg a kódot a WEBES VS Code-ban , és folytassa a munkát egy előre konfigurált kvantumkörnyezetben.

Az Azure Quantum webhelye ingyenes , és nem igényel Azure-fiókot. Az első lépésekhez mindössze egy Microsoft (MSA) e-mail fiókra van szüksége. További információ: Az Azure Quantum felfedezése.

Azure Portal

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 a kvantumprogramokat elküldhesse az Azure Quantumnak, csak két dologra van szüksége:

Azure-fiók: Ha nem rendelkezik Azure-fiókkal, regisztráljon ingyenesen, és regisztráljon használatalapú fizetéses előfizetésre. Ha Ön diák, használhatja az ingyenes Azure-fiókot a diákok számára.
Azure Quantum-munkaterület: Az Azure Quantum-munkaterület a kvantum futtatásához társított 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.

Mi az a Q#?

A Q# egy nyílt forráskódú kvantumprogramozási nyelv a kvantumprogramok fejlesztéséhez és futtatásához.

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 target gépeken, amelyek a géptől függően eltérő értelmezésekkel rendelkezhetnek.

A Q# egy önálló nyelv, amely magas szintű absztrakciót kínál. Nincs kvantumállapot vagy kapcsolatcsoport fogalma; ehelyett a Q# a klasszikus programozási nyelvekhez hasonlóan utasításokkal és kifejezésekkel valósítja meg a programokat. Így a Q#-nyelv támogatja a gazdag klasszikus és kvantum-számítástechnika integrációját.

További információ: A Q# kvantumprogramozási nyelv.

Hogyan írhatok Q#-kvantumprogramokat?

Az Azure Quantum az Azure Quantum Development Kit (Modern QDK) szolgáltatást kínálja. A Modern QDK-val Q#-kvantumprogramokat írhat, hibakeresést végezhet a kódban, valós idejű kódvisszajelzést kaphat, és kiválaszthatja a target gépet. A Modern QDK az egyetlen olyan fejlesztési készlet, amely készen áll a kvantum-számítástechnika (FTQC) Fault-Tolerant.

Megjegyzés

A Microsoft Quantum Development Kit (klasszikus QDK) 2024. június 30. után már nem támogatott. Ha Ön már QDK-fejlesztő, javasoljuk, hogy váltson az új Azure-ra Quantum Development Kit (Modern QDK) a kvantummegoldások fejlesztésének folytatásához. További információ: A Q#-kód migrálása a modern QDK-ba.

A modern QDK kétféleképpen futtathatja kvantumprogramját az Azure Quantum-on:

Online fejlesztés: Írja meg a kvantumkódot az online kódszerkesztőben és a Webes Visual Studio Code-ban.
Helyi fejlesztés: Telepítse a Visual Studio Code modern QDK-bővítményét, és írja meg helyileg a kvantumkódot. További információ: A Modern QDK telepítése.

A Q# támogatása mellett a QDK-k a Qiskit és a Cirq számára is támogatást nyújtanak a kvantum-számítástechnikához, így ha már dolgozik más fejlesztési nyelveken, az Azure Quantum-on is futtathatja a kapcsolatcsoportokat.

Megjegyzés

A helyi kvantumprogramok Azure Quantum-szolgáltatókon való futtatásához Azure Quantum-munkaterületre van szükség. További információ: Azure Quantum-munkaterület létrehozása.

Mi az a hibrid kvantum-számítástechnika?

A hibrid kvantum-számítástechnika egy klasszikus számítógép és egy kvantumszámítógép folyamatait és architektúráját jelenti, amely együtt dolgozik egy probléma megoldásán. Az Azure Quantumban elérhető hibrid kvantum-számítástechnikai architektúra legújabb generációjával elkezdheti a kvantumszámítógépek programozását a klasszikus és a kvantumutasítások kombinálásával.

Kötegelt kvantum-számítástechnika: Ha több kapcsolatcsoportot köt össze egy feladatba, azzal kiküszöböli a feladatbeküldések közötti várakozást, így több feladat gyorsabban futtatható. A kötegelt kvantum-számítástechnika előnyeit kihasználó problémák közé tartozik például a Shor algoritmusa és az egyszerű kvantumfázis-becslés.
Interaktív kvantum-számítástechnika (munkamenetek): A feladatok logikailag csoportosíthatók egy munkamenetbe, és rangsorolást végezhetnek a nem munkamenetes feladatoknál. Az ilyen megközelítéssel használható problémák például a variációs kvantum-Eigensolvers (VQE) és a kvantum-hozzávetőleges optimalizálási algoritmusok (QAOA).
Integrált kvantum-számítástechnika: A kvantum- és klasszikus számítástechnika integrálásával a kvantumprogramok elmozdulhatnak az áramköröktől. A programok mostantól közös programozási szerkezeteket használhatnak a középső áramköri mérések végrehajtásához, a qubitek optimalizálásához és újrafelhasználásához, valamint valós időben a QPU-hoz való alkalmazkodáshoz. A modell előnyeit kihasználó forgatókönyvek például az adaptív fázisbecslés és a gépi tanulás.
Elosztott kvantum-számítástechnika: Az elosztott kvantum-számítási modell valós idejű számításokat tesz lehetővé a kvantum- és elosztott erőforrások között. A modell előnyeit kihasználó forgatókönyvek közé tartoznak például az összetett anyagmodellezés vagy a teljes katalitikus reakciók kiértékelése.

További információ: Hibrid kvantum-számítástechnika.

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 Resource Estimator kifejezetten a kvantumhiba-toleráns hibák elhárítására tervezett rendszerekhez készült, így felmérheti az architekturális döntéseket, összehasonlíthatja a qubittechnológiát, és meghatározhatja az adott kvantumalgoritmus végrehajtásához szükséges erőforrásokat. 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 olyan bemenetek halmazával számítja ki, mint a qubitparaméterek, a kvantumhibák javítása (QEC) kódja, a hibakeret és más paraméterek . Bemenetként egy Quantum Intermediate Representation (QIR) -programot használ, ezért támogatja a QIR nyelvre lefordított nyelveket, például használhatja az Azure Quantum Resource Estimatort q# és Qiskit használatával.

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.

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

IONQ: Dinamikusan újrakonfigurálhatja a csapdába esett ion kvantumszámítógépeket akár 11 teljesen csatlakoztatott qubithez, így két qubites kaput futtathat bármelyik pár között.
PASQAL (Privát előzetes verzió): Semleges atomalapú kvantumprocesszorok, szobahőmérsékleten működnek, hosszú koherenciaidővel és lenyűgöző qubit-kapcsolattal.
Quantinuum: Csapdába esett ion rendszerek nagy megbízhatósággal, teljes mértékben csatlakoztatott qubitekkel, alacsony hibaarányokkal, qubit-újrahasználattal és közép áramköri mérések elvégzésének képességével.
Rigetti: A Rigetti rendszereit a qubitalapú kvantumprocesszorok szupravezetése hajtja. Gyors kapuidőt, alacsony késésű feltételes logikát és gyors programvégrehajtási időket kínálnak.

Az egyes szolgáltatók specifikációiról további információt a kvantum-számítástechnika teljes listájában targettalál.

Hamarosan érkeznek szolgáltatók

Quantum Circuits, Inc: Teljes veremes szupravezető áramkörök, valós idejű visszajelzéssel, amely lehetővé teszi a hibajavítást, kódolási-agnosztikus összefonódási kapukat.

Következő lépések

Az Azure Quantum használatának megkezdése: