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 jövőbiztos utat biztosít a kvantum-számítástechnika számára, amely alkalmazkodik a munkamódszeréhez, felgyorsítja a haladást, és védi a technológiai befektetéseit.

Az Azure Quantum biztosítja a legjobb fejlesztési környezetet, amellyel egyszerre több platformhoz is létrehozhat kvantum-algoritmusokat, ugyanakkor rugalmasan hangolhatja ugyanazokat az algoritmusokat adott rendszerekhez. A kódot egyszer megírhatja, és kevés módosítás nélkül futtathatja ugyanazon család több célja ellen, 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 egyszerre fedezze fel a mai kvantumrendszereket, és készen álljon a jövő skálázott kvantumrendszereihez, valamint a klasszikus és gyorsított számítási erőforrásokon (más néven optimalizálási megoldásokon) futó előre elkészített megoldásokkal.

Tipp

Ha nem rendelkezik Azure-fiókkal, 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 körű, nyílt felhőalapú ökoszisztémában, amely szoftverhez, hardverhez és előre elkészített megoldásokhoz fér hozzá. Az Azure Quantum kétféle kvantummegoldást kínál: kvantum-számítástechnikát és -optimalizálást.

Kvantum-számítástechnika

Ha kvantummechanikai problémákat, például kémiai reakciókat, biológiai reakciókat vagy anyagalakzatokat szeretne szimulálni, a kvantumszámítógépek kivételesen jól működnek, mert kvantumjelenségeket használnak a számításban. 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 segítségével a kutatók és a vállalkozások kvantum-számítástechnikával modellezhetnek összetett forgatókönyveket a kockázatkezelés, a kiberbiztonság, a hálózatelemzés, az adatkeresés, a vakcinafejlesztés vagy az anyagelemzés területén. A kvantum-számítástechnika és a kvantum-algoritmusok használatával kapcsolatos további információkért lásd: A kvantum-számítástechnika ismertetése.

Optimalizálás

A kvantumhatások klasszikus számítógépekre gyakorolt több évtizedes szimulációja új típusú kvantummegoldások kifejlesztéséhez vezetett, amelyet kvantumalapú optimalizálásnak nevezünk. Az optimalizálás az a folyamat, amely a legjobb megoldást keresi a problémára a kívánt eredmény és korlátozások alapján. 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 alacsonyabb kockázatokat eredményez.

A kvantumalapú optimalizálási algoritmusok kihasználják a kvantum-számítástechnika néhány előnyét a klasszikus hardveren, így gyorsabbak a hagyományos megközelítésekkel szemben.

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

Az Azure Quantum használatának első lépései

Tipp

Az első alkalommal használt felhasználók automatikusan 500 dollár (USD) ingyenesAzure Quantum Credit-kreditet kapnak az egyes részt vevő kvantumhardver-szolgáltatókkal való használathoz. Ha felhasználta az összes kreditet, és továbbiakra 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 szükség:

  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, 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 kimenetként adja ki a falióra végrehajtási idejét és a fizikai erőforrások becslését egy programhoz, feltéve, hogy hibatűrő hibajavítású kvantumszámítógépen hajtja végre. A kifejezetten skálázott kvantumokhoz (NISQ utáni, hibatűrő rendszerekhez) tervezett Azure Quantum Resource Estimator lehetővé teszi az architekturális döntések értékelését, a qubit-technológiák 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 figyelembe veszi a qubitparaméterekkel, a kvantumhibák korrekciós (QEC) kódjaival és a hibaköltségvetéssel kapcsolatos feltételezéseket. Bemenetként egy kvantum köztes reprezentációs (QIR) programot használ, ezért támogatja a QIR-ra lefordított nyelveket, 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 hozzákezdjen az első lépésekhez:

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

További információ: Az Azure Quantum Resource Estimator referenciaoldala.

Mi a Q# és a Quantum Development Kit?

A Microsoft Quantum Development Kit (QDK) egy nyílt forráskódú fejlesztői készlet az Azure Quantumhoz. Ez az Azure Quantum Portal beépített része, ahol üzemeltetett Jupyter Notebookok használatával fejleszthet programokat. A QDK-t saját helyi környezetében is telepítheti, és online is dolgozhat az Azure Quantum szolgáltatással és offline is. A QDK tartalmazza a Q# kvantumprogramozási nyelvet, amely egy magas szintű programozási nyelv, amellyel a munkáját az algoritmus és az alkalmazás szintjén összpontosíthatja kvantumprogramok létrehozásához.

A Quantum Development Kit

A QDK olyan eszközöket kínál, amelyek segítséget nyújtanak a kvantumszoftver-fejlesztési folyamatban:

Megjegyzés

Az Azure Quantum egy rugalmas ökoszisztéma. Python-kódot futtathat az Azure Quantumon anélkül, hogy bármilyen Q#-kódot explicit módon hívna meg, például Qiskit- vagy Cirq-kapcsolatcsoportokat küldhet, vagy optimalizálási problémákat küldhet be. A funkciók használatához telepítenie kell az azure-quantum Python-csomagot.

A Q kvantumprogramozási nyelv #

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

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

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

A kvantumszoftver-fejlesztés munkafolyamata

Az Azure Quantum biztosítja a legjobb fejlesztési környezetet, amellyel egyszerre több platformhoz is létrehozhat kvantum-algoritmusokat, ugyanakkor rugalmasan hangolhatja ugyanazokat az algoritmusokat adott rendszerekhez. Választhat olyan kvantumprogramozási nyelvek közül, mint a Qiskit, a Cirq és a Q# , és több kvantumrendszeren futtathatja az algoritmusokat. Az Azure Quantum segítségével egyszerűen felfedezheti a mai kvantumrendszereket, és készen áll a jövő skálázott kvantumrendszereihez.

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

qdk-munkafolyamat

  1. Írja meg a kvantumkódot. A Q#-programot az Azure Quantum-munkaterületen elérhető üzemeltetett Jupyter Notebookokkal is megírhatja. Ha a helyi fejlesztési környezetet részesíti előnyben, létrehozhatja Q#-programját a Visual Studio, a Visual Studio Code vagy a Jupyter Notebooks QDK-bővítményeinek használatával.

  2. Kódtárak használatával magas szinten tarthatja a kódot. A kvantumkódtárak segítségével magas szinten tarthatja a kódot, és nagy mértékben emelheti az implementációt, hogy az algoritmusok logikájára összpontosíthasson.

  3. Integráció klasszikus szoftverekkel. A Quantum Development Kittel q#-programokat integrálhat a Pythonnal és a .NET-tel, így egy kvantumszoftver-fejlesztő kihasználhatja az elmúlt 70 év klasszikus számítástechnika terén elért számos előnyét. A meglévő Qiskit- és Cirq-forráskódot is újra felhasználhatja és elküldheti, és csak kevés módosítást végezhet.

  4. Futtassa a kvantumkódot szimulációban. Miután megírta a programot, kvantumszimulátorokat kell használnia – klasszikus programokat, amelyek egy kvantumrendszer viselkedését szimulálják, így futtathatja a program egy kis példányát, és megtekintheti, hogy mit csinál tényleges hardverhozzáférés nélkül.

  5. Erőforrások becslése. Mielőtt kvantumhardveren futtatna, ki kell derítenie, hogy a program futhat-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 Quantumon 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, teljesen csatlakoztatott qubitekkel, alacsony hibaarányokkal, qubit-újrafelhasználással és közép-áramköri mérések végrehajtásának képességével.
  • IONQ: Dinamikusan újrakonfigurálhatja a csapdába esett ion kvantumszámítógépet akár 11 teljesen csatlakoztatott qubithez, amely lehetővé teszi két qubites kapu futtatását bármelyik pár között.
  • Rigetti: Kapualapú szupravezető processzorok, amelyek kvantum köztes reprezentációt (QIR) használnak az alacsony késés és a párhuzamos végrehajtás engedélyezéséhez.
  • Pasqal: Semleges atomalapú kvantumprocesszorok, szobahőmérsékleten működnek, hosszú koherenciaidővel és lenyűgöző qubit-kapcsolattal. Ma már előre regisztrálhat az Azure Quantum Pasqal privát előzetes verziójára .
  • Quantum Circuits, Inc: Teljes veremű szupravezető áramkörök, valós idejű visszajelzésekkel, amelyek lehetővé teszik a hibajavítást, kódolás-agnosztikus összefonódási kapukat. Ma már előre regisztrálhat az Azure Quantum QCI privát előzetes verziójára .

Az egyes szolgáltatók specifikációiról további információt a quantum computing teljes céllistájában talál.

Optimalizálási szolgáltatók

Optimalizálási megoldások esetén az alábbi szolgáltatók közül választhat:

  • 1QBit: Iteratív heurisztikus algoritmusok, amelyek keresési technikákkal oldják meg a QUBO-problémákat.
  • Microsoft QIO: Több célkészlet, amely több évtizednyi kvantumkutatásra inspirálta az optimalizálási problémát.
  • 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: