Azure Quantum とは
Azure Quantum は、Azure のクラウド量子コンピューティング サービスです。 Azure Quantum は、お客様の作業方法に適応する、オープンで柔軟で将来を保証する量子コンピューティングへのパスを提供します。
Azure Quantum には、業界をリードするプロバイダーの量子ハードウェア、量子ソフトウェア、量子サービスなど、さまざまな量子コンピューティング ソリューションが用意されています。 Azure Quantum を使用すると、実際の量子ハードウェアで量子プログラムを実行し、量子アルゴリズムをシミュレートし、将来スケーリングされた量子マシンで量子プログラムを実行するために必要なリソースを見積もることができます。
量子コンピューティングと量子アルゴリズムの詳しい使用方法については、「量子コンピューティングについて」を参照してください。
Azure Quantum での作業の開始方法
Azure Quantum の使用を開始するには、まず、現在のセットアップと要件を決定する必要があります。 開発者であるかどうか、および Azure アカウントがあるかどうかに関係なく、Azure Quantum を使用して体験を開始する方法はさまざまです。 次の表に、ユーザーの種類に基づくガイダンスを示します。
| ユーザー タイプ | ファースト ステップ |
|---|---|
| Azure アカウントを持っていないし、開発者ではない | Azure Quantum の Web サイトに アクセスできます |
| Azure アカウントを持っていなくても、開発者です | for Visual Studio Code を Quantum Development Kit インストールできます。 |
| Azure アカウントを持っている | まず、Azure Quantum ワークスペースを 作成します。 次に、Azure portal を使用するか、Visual Studio Code 用にQuantum Development Kitインストールできます。 |
Azure Quantum を使用するために Azure アカウントを持っている必要はありません。 ただし、量子プログラムを Azure Quantum の実際の量子ハードウェアに送信する場合は、Azure アカウントと Azure Quantum ワークスペースが必要です。
Azure アカウントを持つには、無料で登録し、従量課金制サブスクリプションにサインアップ します。 学生の場合は、学生向けの無料の Azure アカウントを利用できます。
ヒント
Azure Quantum ワークスペースを作成すると、各量子ハードウェア プロバイダーに対して USD500 無料の Azure Quantum クレジットが自動的に取得されます。 Azure Quantum クレジットを使用して、最初の量子プログラムを実際の量子ハードウェアに送信できます。
Azure Quantum Web サイト
Azure Quantum (quantum.microsoft.com) は、量子コンピューティングを探索するための中心的なリソースです。 コードの記述と量子概念の理解を深めるのに役立つ、量子に重点を置いたチャットボットである Azure Quantum の Copilot に参加できます。 また、ブログ、記事、ビデオを通じて専門家や愛好家から学ぶこともできます。
オンライン コード エディターで Q# コード サンプルを試し、クラウド ベースの Quantinuum H シリーズ エミュレーターにジョブを送信し、VS Code for the Web でコードを開き、事前構成された量子環境で作業を続けることができます。
Azure Quantum Web サイトは 無料 であり、 Azure アカウントは必要 ありません。 開始するには、Microsoft (MSA) メール アカウントが必要です。 詳細については、「Azure Quantum での Copilot の探索」を参照してください。
Visual Studio Code
Azure Quantum は (QDK) をQuantum Development Kit提供します。 QDK を使用すると、Q# 量子プログラムの記述、コードのデバッグ、リアルタイムのコード フィードバックの取得、コンピューターの選択を行 target うことができます。 QDK は、フォールト トレラント量子コンピューティング (FTQC) 用の唯一の開発キットです。 Q# のサポートに加えて、QDK では量子コンピューティング用の Qiskit プログラムと Cirq プログラムもサポートされているため、既に他の開発言語で作業している場合は、Azure Quantum で回線を実行することもできます。
これはQuantum Development Kit無料で、Visual Studio Code で使用できます。 詳細については、「Visual Studio Code での QDK のインストール」を参照してください。
Note
Azure Quantum プロバイダーでローカル量子プログラムを実行するには、Azure Quantum ワークスペースが必要です。 詳細については、「Azure Quantum ワークスペースを作成する」を参照してください。
Azure ポータル
Azure アカウントをお持ちの場合は、Azure portal を使用して Azure Quantum ワークスペースを作成できます。 Azure Quantum ワークスペースは、量子の実行に関連付けられている資産のコレクションです。 詳細については、「Azure Quantum ワークスペースを作成する」を参照してください。
Azure portal を使用すると、量子プログラムを実際の量子ハードウェアに送信したり、Azure Quantum ワークスペースを管理したり、量子ジョブを表示したり、量子プログラムを監視したりできます。
Q# とは
Q# は、量子プログラムを開発および実行するためのオープンソースの量子プログラミング言語です。
量子プログラムとは、従来のサブルーチンに含まれる、呼び出す際に量子システムとやり取りすることによって計算を実行する、特殊なサブルーチンと考えることができます。Q# で記述されたプログラムでは、量子状態を直接モデル化するのではなく、従来の制御コンピューターが量子ビットとやり取りする方法を記述します。 これにより、各targetマシン上の量子状態が何であるかについて完全に依存しないようにすることができます。これは、コンピューターによって解釈が異なる場合があります。
Q# は、高度な抽象化を提供するスタンドアロン言語です。 量子状態や回路の概念はありません。代わりに、Q# は、従来のプログラミング言語と同様に、ステートメントと式の観点からプログラムを実装します。 したがって、Q# 言語では、豊富な古典的コンピューティングと量子コンピューティングの統合がサポートされています。
詳細については、「Q# の概要」を参照してください。 Q# コードの記述を開始するには、「最初の Q# プログラムを作成する」を参照してください。
Azure Quantum でできること
Azure Quantum には、量子ソリューションの開発に役立つさまざまなサービスとツールが用意されています。
Microsoft の量子コンピューティングの研究に関する最新情報については、Microsoft Research Quantum Computing のページ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
ハイブリッド量子コンピューティングとは、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ための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。
詳細については、「ハイブリッド量子コンピューティング」を参照してください。
量子コンピューティングでのリソース推定
量子コンピューティングでは、リソースの推定とは、特定のハードウェア特性を想定 (またはパラメーターとして取得) して、特定のアルゴリズムに必要な量子ビットの数、量子ゲートの数、処理時間など、リソースを理解する能力です。 量子ソリューションに必要な量子ビットの数と量子ビット テクノロジの違いを理解すると、イノベーターは、将来のスケーリングされた量子マシンで実行するために量子ソリューションを準備および調整し、最終的に量子への影響を加速することができます。
Azure Quantum リソース推定器を使用すると、アーキテクチャに関する決定を評価し、量子ビット テクノロジを比較し、特定の量子アルゴリズムを実行するために必要なリソースを決定できます。 事前に定義されたフォールト トレラント プロトコルから選択し、基になる物理量子ビット モデルの前提条件を指定できます。 Azure Quantum Resource Estimator は、量子ビット パラメーター、量子エラー修正 (QEC) コード、エラー予算、その他のパラメーターなどの一連の入力を考慮して、レイアウト後の物理リソース推定を計算します。
詳細については、「量子コンピューティングでのリソース推定」および「最初のリソース見積もりを実行する」を参照してください。
Azure Quantum 要素を使用した量子シミュレーション
量子力学は、宇宙の基礎となる "オペレーティング システム" です。 自然を構成する基本的な要素がどのように作用するかを表すために使用されます。 化学反応、生体反応、材料形成などの自然の作用は、多体量子相互作用を伴うことがよくあります。 量子コンピューティングは、分子などの本質的に量子力学的なシステムをシミュレートする場合に有望です。量子ビットを使用して、問題の自然な状態を表すことができるためです。 量子コンピューティングでモデル化できる量子システムの例としては、光合成、超伝導、複雑な分子形成があります。
Azure Quantum Elements は、科学的発見を促進するために専用に構築されています。 Azure High-Performance Computing (HPC) クラスターでのスケーリング用に最適化されたシミュレーション ワークフロー、AI アクセラレータ コンピューティング、AI を使用した拡張推論、既存の量子ハードウェアの実験を開始するための量子ツールとの統合、および Microsoft の量子スーパーコンピューターへの将来のアクセスを使用して、研究開発の生産性を再発明します。
詳細については、「分子ダイナミクスのための Azure の力のロック解除」を参照してください。
量子高速化
量子コンピューターは、膨大な数の可能な組み合わせの計算を必要とする問題に抜群の効果を発揮します。 このような問題は、量子シミュレーション、暗号化、量子機械学習、検索の問題など、多くの領域に存在します。
量子コンピューティング研究の目標の 1 つは、従来のコンピューターよりも高速に量子コンピューターで解決できる問題と、どの程度の高速化を実現できるかを研究することです。 よく知られている例の 1 つはグローバーのアルゴリズムであり、古典的なアルゴリズムよりも多項式の高速化が生まれます。
Grover のアルゴリズムでは、非構造化データ検索の求解が大幅に高速化され、従来のどのアルゴリズムよりも少ない手順で検索を実行できます。 実際、特定の値 $x$ が有効な解であるかどうかを確認できる問題 ("はい/いいえ問題") は、探索問題の観点で定式化できます。
グローバーのアルゴリズムの実装については、「チュートリアル: Q# でグローバーの検索アルゴリズムを実装する」を参照してください。
Azure Quantum で利用できる量子プロバイダー
Azure Quantum では、業界リーダーから現在入手可能な最も魅力的で多様な量子リソースの一部が提供されます。 現在、Azure Quantum は次のプロバイダーと提携しています。これにより、実際のハードウェアで Q# 量子プログラムを実行でき、シミュレートされた量子コンピューターでコードをテストするオプションが有効になります。
問題の特性とニーズに最適なプロバイダーを選択します。
- IONQ: 最大 11 個の完全に接続された量子ビットに対して動的に再構成可能なトラップイオン量子コンピューター。これにより、任意のペア間で 2 量子ビット ゲートを実行できます。
- PASQAL (プライベート プレビュー): 室温で動作するニュートラル原子ベースの量子プロセッサ。コヒーレンス時間が長く、量子ビット接続が印象的です。
- Quantinuum:高忠実度、完全に接続された量子ビット、低いエラー率、量子ビットの再利用、中間回路の測定を実行する機能を備えた、イオン トラップ型システム。
- リゲッティ:リゲッティのシステムは、超電導量子ビットベースの量子プロセッサを搭載しています。 ゲート時間が短く、条件付きロジックの待機時間が短く、プログラムの実行時間が短縮されます。
各プロバイダーの仕様の詳細については、完全な Quantum コンピューティングの一覧を target 参照してください。
ジョブ コストの詳細については、「Azure Quantum の価格と FAQ: Azure Quantum のジョブ コストと課金について」を参照してください。
近日公開予定のプロバイダー
- Quantum Circuits, Inc: フルスタックの超電導回路で、エラー訂正を可能にするリアルタイムのフィードバック、エンコードに依存しないエンタングリング ゲートを備えています。
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