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Che cos'è Azure Quantum?

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Azure Quantum è il servizio per il calcolo quantistico di Azure e offre un set eterogeneo di soluzioni e tecnologie quantistiche. Azure Quantum garantisce un percorso aperto, flessibile e a prova di futuro per il calcolo quantistico che si adatta al modo di lavorare, accelera i progressi e protegge gli investimenti tecnologici.

Azure Quantum offre l'ambiente di sviluppo migliore per creare algoritmi quantistici per più piattaforme contemporaneamente, mantenendo al tempo stesso la flessibilità per ottimizzare gli stessi algoritmi per sistemi specifici. È possibile scrivere il codice una sola volta ed eseguirlo con poche modifiche rispetto a più targets della stessa famiglia che consente di concentrare la programmazione a livello di algoritmo.

Per altre informazioni su come usare il calcolo quantistico e gli algoritmi quantistici, vedere Informazioni sul calcolo quantistico.

Come iniziare a usare Azure Quantum?

Esistono diversi modi per iniziare a usare Azure Quantum. È possibile iniziare esplorando il sito Web di Azure Quantum oppure è possibile creare la prima area di lavoro di Azure Quantum.

Sito Web di Azure Quantum

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) è una risorsa centrale per l'esplorazione del calcolo quantistico. È possibile interagire con Copilot in Azure Quantum, un chatbot incentrato sul quantum che consente di scrivere codice e comprendere meglio i concetti quantistici. È anche possibile imparare da esperti e appassionati attraverso blog, articoli e video.

Provare gli esempi di codice Q# nell'editor di codice online, Codice con Azure Quantum, inviare il processo all'emulatore Quantinuum H-Series basato sul cloud oppure con un clic nell'editor di codice online, aprire il codice in VS Code per il Web e continuare a lavorare in un ambiente quantistico preconfigurato.

Il sito Web di Azure Quantum è gratuito e non richiede un account Azure. Per iniziare, è sufficiente un account di posta elettronica Microsoft (MSA). Per altre informazioni, vedere Esplorare Azure Quantum.

Il portale di Azure

Suggerimento

Gli utenti per la prima volta ottengono automaticamente crediti Azure Quantum gratuiti per l'uso con ogni provider di hardware quantistico partecipante. Se sono stati utilizzati tutti i crediti e sono necessari crediti aggiuntivi, è possibile candidarsi al programma Azure Quantum Credits.

Iniziare a usare Azure Quantum è molto semplice e gratuito per i nuovi utenti. Per inviare i programmi quantistici ad Azure Quantum, sono necessari solo due elementi:

  • Un account Azure: se non si ha un account Azure, registrarsi gratuitamente e iscriversi per ottenere una sottoscrizione con pagamento in base al consumo. Gli studenti possono usufruire di un account Azure gratuito per gli studenti.

  • Un'area di lavoro di Azure Quantum: un'area di lavoro di Azure Quantum è una raccolta di asset associati all'esecuzione quantistica. Per creare un'area di lavoro di Azure Quantum, passare al portale di Azure, selezionare Creazione rapida e crea automaticamente l'area di lavoro e aggiunge i provider predefiniti. In alternativa, selezionare Crea in anticipo e immettere i dettagli dell'area di lavoro e scegliere i provider.

Per altre informazioni, vedere Creare un'area di lavoro di Azure Quantum.

Che cos'è Q#?

Q# è un linguaggio di programmazione quantistico open source per lo sviluppo e l'esecuzione di programmi quantistici.

Un programma quantistico può essere visto come un particolare set di subroutine classiche che, quando viene chiamato, eseguono un calcolo interagendo con un sistema quantistico; un programma scritto in Q# non modella direttamente lo stato quantistico, ma descrive invece come un computer di controllo classico interagisce con i qubit. Ciò consente di essere completamente indipendenti da ciò che uno stato quantistico si trova anche in ogni target macchina, che potrebbe avere interpretazioni diverse a seconda della macchina.

Q# è un linguaggio autonomo che offre un elevato livello di astrazione. Non esiste alcuna nozione di stato quantistico o di un circuito; Q# implementa invece programmi in termini di istruzioni ed espressioni, molto simili ai linguaggi di programmazione classici. Il linguaggio Q# supporta quindi l'integrazione di un calcolo quantistico e classico avanzato.

Per altre informazioni, vedere Q#.

Come è possibile scrivere programmi quantistici Q#?

Azure Quantum offre Azure Quantum Development Kit (QDK). Con QDK è possibile scrivere programmi quantistici Q#, eseguire il debug del codice, ottenere feedback sul codice in tempo reale e scegliere il target computer. QDK è l'unico kit di sviluppo pronto per il calcolo quantistico a tolleranza di errore (FTQC).

QDK offre due modi per eseguire i programmi quantistici in Azure Quantum:

Oltre al supporto per Q#, QDK offre supporto per Qiskit e Cirq per il calcolo quantistico, quindi se si lavora già in altri linguaggi di sviluppo, è anche possibile eseguire i circuiti in Azure Quantum.

Nota

Per eseguire i programmi quantistici locali nei provider di Azure Quantum, è necessaria un'area di lavoro di Azure Quantum. Per altre informazioni, vedere Creare un'area di lavoro di Azure Quantum.

Che cos'è il calcolo quantistico ibrido?

Il calcolo quantistico ibrido si riferisce ai processi e all'architettura di un computer classico e a un computer quantistico che collaborano per risolvere un problema. Con la generazione più recente dell'architettura di calcolo quantistico ibrido disponibile in Azure Quantum, è possibile avviare la programmazione dei computer quantistici combinando le istruzioni classiche e quantistiche.

  • Calcolo quantistico batch: l'invio in batch di più circuiti in un processo elimina l'attesa tra gli invii di processi, consentendo di eseguire più processi più velocemente. Esempi di problemi che possono sfruttare il calcolo quantistico in batch includono l'algoritmo di Shor e la stima semplice della fase quantistica.
  • Calcolo quantistico interattivo (sessioni): i processi possono essere raggruppati logicamente in una sessione e classificati in ordine di priorità rispetto ai processi non di sessione. Esempi di problemi che possono usare questo approccio sono IOA (Quantum Eigensolvers) variantale (VQE) e Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).
  • Calcolo quantistico integrato: integrando il calcolo quantistico e classico, i programmi quantistici possono allontanarsi dai soli circuiti. I programmi possono ora usare costrutti di programmazione comuni per eseguire misurazioni a metà circuito, ottimizzare e riutilizzare i qubit e adattarsi in tempo reale alla QPU. Esempi di scenari che possono sfruttare questo modello sono la stima della fase adattiva e l'apprendimento automatico.
  • Calcolo quantistico distribuito: il modello di calcolo quantistico distribuito consente calcoli in tempo reale tra risorse quantistiche e distribuite. Esempi di scenari che possono sfruttare questo modello sono la modellazione di materiali complessi o la valutazione delle reazioni catalitiche complete.

Per altre informazioni, vedere Calcolo quantistico ibrido.

Stima delle risorse nel calcolo quantistico

Nel calcolo quantistico, la stima delle risorse è la capacità di comprendere le risorse, ovvero il numero di qubit, il numero di gate quantistici, il tempo di elaborazione e così via, che sarà necessario per un determinato algoritmo, presupponendo (o prendendo come parametri) determinate caratteristiche hardware. Comprendere il numero di qubit necessari per una soluzione quantistica e le differenze tra le tecnologie qubit consente agli innovatori di preparare e perfezionare le proprie soluzioni quantistiche per l'esecuzione su macchine quantistiche su scalabilità futura e accelerare infine l'impatto quantistico.

Progettato specificamente per i sistemi con correzione degli errori a tolleranza di errore quantistica ridimensionata, Azure Quantum Resource Estimator consente di valutare le decisioni dell'architettura, confrontare le tecnologie qubit e determinare le risorse necessarie per eseguire un determinato algoritmo quantistico. È possibile scegliere tra protocolli a tolleranza di errore predefiniti e specificare presupposti del modello qubit fisico sottostante.

Lo strumento di stima delle risorse di Azure Quantum calcola la stima delle risorse fisiche post-layout prendendo in considerazione un set di input, ad esempio i parametri qubit, il codice QEC (Quantum Error Correction), il budget degli errori e altri parametri . Accetta un Quantum Intermediate Representation programma (QIR) come input e quindi supporta qualsiasi linguaggio che si traduce in QIR, ad esempio, è possibile usare Lo strumento di stima delle risorse di Azure Quantum con Q# e Qiskit.

Diagramma che mostra i componenti forniti da Resource Estimator e le personalizzazioni corrispondenti.

Provider disponibili in Azure Quantum

Azure Quantum offre alcune delle risorse quantistiche più interessanti e diversificate attualmente disponibili per i leader di diversi settori. Azure Quantum collabora attualmente con i provider seguenti per consentire l'esecuzione di programmi quantistici Q# su hardware effettivo e di testare il codice in computer quantistici simulati.

Scegliere il provider più adatto alle caratteristiche del problema specifico e alle proprie esigenze.

  • IONQ: computer quantistici a ioni intrappolati riconfigurabili dinamicamente per un massimo di 11 qubit completamente connessi, che consente di eseguire un gate a due qubit tra qualsiasi coppia.
  • PASQAL (anteprima privata): processori quantistici a base atom neutra che operano a temperatura ambiente, con tempi di coerenza lunghi e connettività qubit impressionante.
  • Quantinuum: Sistemai a trappola ionica con qubit ad alta fedeltà completamente connessi, frequenze di errore basse e la possibilità di eseguire misurazioni a metà circuito.
  • Rigetti: i sistemi di Rigetti sono basati su processori quantistici basati su qubit superconduttori. Offrono tempi di controllo rapidi, logica condizionale a bassa latenza e tempi di esecuzione rapidi del programma.

Per altre informazioni sulle specifiche di ogni provider, vedere l'elenco completo del calcolo target quantistico.

I provider saranno presto disponibili

  • Quantum Circuits, Inc: circuiti superconduttori full-stack, con feedback in tempo reale che consente la correzione degli errori, le porte di intangibili di codifica e intangibili.

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