ハイブリッド量子コンピューティングとは

ハイブリッド量子コンピューティング は、従来のコンピューターと量子コンピューターが連携して問題を解決するプロセスとアーキテクチャを指します。 Azure Quantum で使用できる最新世代のハイブリッド量子コンピューティング アーキテクチャを使用すると、従来の命令と量子命令を混在させることで、量子コンピューターのプログラミングを開始できます。

Azure Quantum は、特定のアーキテクチャが既に運用されている一方で、他のアーキテクチャが積極的に開発されているハイブリッド量子コンピューティングの将来のビジョンを具体化しています。 この記事では、ハイブリッド量子コンピューティングのさまざまなアプローチと、それらが特定の問題を最適化するためにどのように使用できるかについて説明します。

バッチ量子コンピューティングを使用して回路をグループ化する

バッチ量子コンピューティングを使用すると、複数の量子回路を 1 つのジョブとして量子ハードウェアに送信できます。

通常、量子回路は、1 つのジョブとして一度に 1 つずつ量子ハードウェア ターゲットに送信されます。 クライアントが 1 つの回線の結果を受信すると、次の回線が新しいジョブとしてキューに追加されます。 ただし、複数の回線を 1 つのジョブにバッチ処理すると、ジョブの送信間の待機がなくなり、複数のジョブをより高速に実行できます。 バッチ量子コンピューティングを利用できる問題の例としては、Shor のアルゴリズムと単純な量子位相推定があります。

バッチ コンピューティング モデルでは、複数の定義済み回線を 1 つのジョブにバッチ処理することもできます。 回線は、前の回線が完了するとすぐに量子ハードウェアに送信され、ジョブの送信間の待機が減ります。

このアーキテクチャでは、各回線送信間で量子ビットの状態が失われます。

Note

Azure Quantum では現在、バッチ量子コンピューティングはサポートされていません。

セッションを使用したジョブのグループ化

セッションを使用すると、量子ジョブ間で従来のコードを実行する機能を使用して、複数の量子コンピューティング ジョブを整理できます。 複雑なアルゴリズムを実行して、個々の量子コンピューティング ジョブをより適切に整理して追跡できるようになります。 さらに、セッションでグループ化されたジョブは、セッション以外のジョブよりも優先されます。

このモデルでは、クライアント コンピューティング リソースがクラウドに移動され、待機時間が短くなり、異なるパラメーターで量子回路が繰り返し実行されます。 セッションではキュー時間が短くなり、実行時間の長い問題が発生しますが、量子ビットの状態は各イテレーションの間に保持されません。 このアプローチを使用できる問題の例としては、 Variational Quantum Eigensolvers (VQE) と Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA) があります。

詳細については、「 セッションの開始」を参照してください。

ハイブリッド量子コンピューティングの実行

ハイブリッド量子コンピューティングでは、古典的アーキテクチャと量子アーキテクチャが緊密に結合されるため、物理量子ビットが一貫性のある間に古典的な計算を実行できます。 量子ビットの寿命と誤差の修正によって制限されますが、これにより、量子プログラムは単なる回路から離れて移動できます。 プログラムでは、一般的なプログラミングコンストラクトを使用して、中間回路の測定を実行し、量子ビットを最適化して再利用し、QPU にリアルタイムで適応できるようになりました。 このモデルを利用できるシナリオの例として、アダプティブ フェーズ推定と機械学習があります。

詳細については、「 Integrated quantum computing」を参照してください。

分散量子コンピューティングの実行

このアーキテクチャでは、古典的な計算が論理量子ビットと共に動作します。 完全に統合された古典的制御と有効期間の長い論理量子ビットにより、分散量子コンピューティング モデルにより、量子リソースと分散リソース間でリアルタイム計算が可能になります。 従来の制御はループに限定されなくなり、複雑な材料モデリングや完全触媒反応の評価などのシナリオが可能になります。

Note

Azure Quantum は現在、分散量子コンピューティングをサポートしていません。