Azure Quantum이란?

  • 아티클

Azure Quantum은 다양한 양자 솔루션 및 기술을 갖춘 Azure의 클라우드 양자 컴퓨팅 서비스입니다. Azure Quantum은 작업 방식에 적응하고, 진행 상황을 가속화하고, 기술 투자를 보호하는 양자 컴퓨팅에 대한 개방적이고 유연하며 미래 지향적인 경로를 보장합니다.

Azure Quantum은 특정 시스템에 대해 동일한 알고리즘을 튜닝할 수 있는 유연성을 유지하면서 한 번에 여러 플랫폼에 대한 양자 알고리즘을 만들 수 있는 최상의 개발 환경을 제공합니다. 코드를 한 번 작성하고 동일한 패밀리의 여러 targets 항목에 대해 거의 또는 전혀 변경하지 않고 실행할 수 있으므로 알고리즘 수준에서 프로그래밍에 집중할 수 있습니다.

양자 컴퓨터 및 양자 알고리즘 사용 방법에 대한 자세한 내용은 양자 컴퓨팅 이해를 참조하세요.

Azure Arc를 시작하는 방법

Azure Quantum을 시작하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 먼저 Azure Quantum 웹 사이트를 탐색하거나 첫 번째 Azure Quantum 작업 영역을 만들 수 있습니다.

Azure Quantum 웹 사이트

Azure Quantum(quantum.microsoft.com) 은 양자 컴퓨팅을 탐색하기 위한 중앙 리소스입니다. 코드를 작성하고 양자 개념을 더 잘 이해하는 데 도움이 되는 양자 중심 챗봇인 Azure Quantum의 Copilot에 참여할 수 있습니다. 블로그, 기사 및 비디오를 통해 전문가와 매니아로부터 배울 수도 있습니다.

온라인 코드 편집기인 Azure Quantum의 코드에서 Q# 코드 샘플을 사용해 보거나, 클라우드 기반 Quantinuum H 시리즈 에뮬레이터에 작업을 제출하거나, 온라인 코드 편집기를 한 번 클릭하여 웹용 VS Code 에서 코드를 열고 미리 구성된 양자 환경에서 작업을 계속합니다.

Azure Quantum 웹 사이트는 무료 이며 Azure 계정이 필요하지 않습니다 . 시작하려면 MSA(Microsoft) 전자 메일 계정만 있으면 됩니다. 자세한 내용은 Azure Quantum 탐색을 참조하세요.

Azure Portal

팁

처음 사용자는 참여하는 각 양자 하드웨어 공급자와 함께 사용할 수 있는 무료 $500(USD)Azure Quantum 크레딧 을 자동으로 받습니다. 크레딧을 모두 사용했는데 더 필요한 경우 Azure Quantum Credits 프로그램에 신청할 수 있습니다.

Azure Quantum 사용 시작은 신규 사용자에게 매우 쉬우며 또한 무료입니다. Azure Quantum에 양자 프로그램을 제출하려면 다음 두 가지만 있으면 됩니다.

  1. Azure 계정: Azure 계정이 없는 경우 무료로 등록하고 종량제 구독에 등록합니다. 학생인 경우 학생을 위한 무료 Azure 계정을 활용할 수 있습니다.

  2. Azure Quantum 작업 영역: Azure Quantum 작업 영역은 실행 중인 양자와 연결된 자산의 컬렉션입니다. Azure Quantum 작업 영역을 만들려면 Azure Portal로 이동하여 빠른 만들기를 선택하면 작업 영역이 자동으로 만들어지고 기본 공급자가 추가됩니다. 또는 고급 만들기를 선택하고 작업 영역의 세부 정보를 입력하고 공급자를 선택합니다.

자세한 내용은 Azure Quantum 작업 영역 만들기를 참조하세요.

Q#이란?

Q#은 양자 프로그램을 개발하고 실행하기 위한 오픈 소스 양자 프로그래밍 언어입니다.

양자 프로그램은 호출 시 양자 시스템과 상호 작용하여 계산을 수행하는 클래식 서브루틴의 특정 세트로 볼 수 있습니다. Q#으로 작성된 프로그램은 양자 상태를 직접 모델링하는 것이 아니라 클래식 제어 컴퓨터가 큐비트와 어떻게 상호 작용하는지 설명합니다. 이렇게 하면 각 target 컴퓨터에서 양자 상태가 무엇인지에 대해 완전히 독립적일 수 있으며, 이는 머신에 따라 다른 해석을 가질 수 있습니다.

Q#은 높은 수준의 추상화를 제공하는 독립 실행형 언어입니다. 양자 상태 또는 회로에 대한 개념은 없습니다. 대신 Q#은 클래식 프로그래밍 언어와 마찬가지로 문 및 식 측면에서 프로그램을 구현합니다. 따라서 Q# 언어는 풍부한 클래식 및 양자 컴퓨팅의 통합을 지원합니다.

자세한 내용은 양자 프로그래밍 언어 Q#을 참조하세요.

Q# 양자 프로그램은 어떻게 작성할 수 있나요?

Azure Quantum은 Azure Quantum Development Kit (최신 QDK)를 제공합니다. 최신 QDK를 사용하면 Q# 양자 프로그램을 작성하고, 코드를 디버그하고, 실시간 코드 피드백을 받고, 머신을 선택할 수 있습니다 target . 최신 QDK는 FTQC(Fault-Tolerant Quantum Computing)에 사용할 수 있는 유일한 개발 키트입니다.

참고

Microsoft Quantum Development Kit (클래식 QDK)는 2024년 6월 30일 이후에 더 이상 지원되지 않습니다. 기존 QDK 개발자인 경우 새로운 Azure Quantum Development Kit (최신 QDK) 로 전환하여 양자 솔루션을 계속 개발하는 것이 좋습니다. 자세한 내용은 Q# 코드를 최신 QDK로 마이그레이션을 참조하세요.

최신 QDK는 Azure Quantum에서 양자 프로그램을 실행하는 두 가지 방법을 제공합니다.

  • 온라인 개발: 온라인 코드 편집기 및 웹용 Visual Studio Code 양자 코드를 작성합니다.
  • 로컬 개발: Visual Studio Code 최신 QDK 확장을 설치하고 로컬로 양자 코드를 작성합니다. 자세한 내용은 최신 QDK를 설치하는 방법을 참조하세요.

Q#을 지원하는 것 외에도 QDK는 양자 컴퓨팅을 위해 Qiskit 및 Cirq를 지원하므로 이미 다른 개발 언어로 작업 중인 경우 Azure Quantum에서 회로를 실행할 수도 있습니다.

참고

Azure Quantum 공급자에서 로컬 양자 프로그램을 실행하려면 Azure Quantum 작업 영역이 필요합니다. 자세한 내용은 Azure Quantum 작업 영역 만들기를 참조하세요.

하이브리드 양자 컴퓨팅이란?

하이브리드 양자 컴퓨팅은 클래식 컴퓨터와 양자 컴퓨터가 함께 작동하여 문제를 해결하는 프로세스와 아키텍처를 나타냅니다. 최신 세대의 하이브리드 양자 컴퓨팅 아키텍처를 Azure Quantum에서 사용할 수 있으므로 클래식 명령과 양자 명령을 함께 혼합하여 양자 컴퓨터 프로그래밍을 시작할 수 있습니다.

  • 일괄 처리 양자 컴퓨팅: 여러 회로를 하나의 작업으로 일괄 처리하면 작업 제출 간의 대기 시간이 없으므로 여러 작업을 더 빠르게 실행할 수 있습니다. 일괄 처리 양자 컴퓨팅을 활용할 수 있는 문제의 예로는 Shor 알고리즘과 간단한 양자 위상 추정이 있습니다.
  • 대화형 양자 컴퓨팅(세션): 작업은 논리적으로 하나의 세션으로 그룹화되고 비 세션 작업보다 우선 순위를 지정할 수 있습니다. 이 방법을 사용할 수 있는 문제의 예로는 VQE(변형 양자 아이겐솔버) 및 QAOA(Quantum 근사 최적화 알고리즘)가 있습니다.
  • 통합 양자 컴퓨팅: 양자 및 클래식 컴퓨팅을 통합하면 양자 프로그램이 회로에서 벗어날 수 있습니다. 이제 프로그램은 일반적인 프로그래밍 구문을 사용하여 중간 회로 측정을 수행하고, 큐비트를 최적화 및 재사용하고, QPU에 실시간으로 적응할 수 있습니다. 이 모델을 활용할 수 있는 시나리오의 예로는 적응 단계 예측 및 기계 학습이 있습니다.
  • 분산 양자 컴퓨팅: 분산 양자 컴퓨팅 모델을 사용하면 양자 및 분산 리소스에서 실시간 계산을 수행할 수 있습니다. 이 모델을 활용할 수 있는 시나리오의 예로는 복잡한 재료 모델링 또는 전체 촉매 반응 평가가 있습니다.

자세한 내용은 하이브리드 양자 컴퓨팅을 참조하세요.

양자 컴퓨팅의 리소스 예측

양자 컴퓨팅에서 리소스 추정은 특정 하드웨어 특성을 가정(또는 매개 변수로 사용)하는 지정된 알고리즘에 필요한 큐비트 수, 양자 게이트 수, 처리 시간 등 리소스를 이해하는 기능입니다. 양자 솔루션에 필요한 큐비트 수와 큐비트 기술의 차이점을 이해하면 혁신가가 향후 확장된 양자 머신에서 실행되도록 양자 솔루션을 준비하고 구체화하고 궁극적으로 양자 영향을 가속화할 수 있습니다.

확장된 양자 내결함성 오류 수정 시스템을 위해 특별히 설계된 Azure Quantum Resource Estimator 를 사용하면 아키텍처 결정을 평가하고 큐비트 기술을 비교하며 지정된 양자 알고리즘을 실행하는 데 필요한 리소스를 결정할 수 있습니다. 미리 정의된 내결함성 프로토콜 중에서 선택하고 기본 물리적 큐비트 모델의 가정을 지정할 수 있습니다.

Azure Quantum Resource Estimator는 큐비트 매개 변수, QEC(양자 오류 수정) 코드, 오류 예산 및 기타 매개 변수 와 같은 입력 집합을 고려하여 레이아웃 후 실제 리소스 추정을 계산합니다. QIR(QIR) 프로그램을 입력으로 사용Quantum Intermediate Representation하므로 QIR로 변환되는 모든 언어를 지원합니다. 예를 들어 Q# 및 Qiskit와 함께 Azure Quantum Resource Estimator를 사용할 수 있습니다.

리소스 예측 도구에서 제공하는 구성 요소 및 해당 사용자 지정을 보여 주는 다이어그램 제공된 측면은 애플리케이션 입력, 컴파일 도구, QIR, QEC 모델, 큐비트 모델 및 분석입니다. 고객은 애플리케이션 프로그램, 컴파일 또는 최적화 도구, QIR 코드, QEC 모델, 큐비트 매개 변수 및 분석 및 시각화 도구를 가져올 수 있습니다.

Azure Quantum에서 사용할 수 있는 공급자

Azure Quantum은 업계 선두 업체로부터 오늘날 가장 강력하고 다양한 양자 리소스를 제공합니다. Azure Quantum은 현재 다음 공급자와 협력하여 사용자가 실제 하드웨어에서 Q# 양자 프로그램을 실행하고 시뮬레이션된 양자 컴퓨터에서 코드를 테스트하는 옵션을 제공합니다.

문제의 특성과 요구에 가장 적합한 공급자를 선택합니다.

  • IONQ: 최대 11개의 완전히 연결된 큐비트에 대해 동적으로 재구성할 수 있는 트랩된 이온 양자 컴퓨터로, 모든 쌍 간에 2큐비트 게이트를 실행할 수 있습니다.
  • PASQAL (프라이빗 미리 보기): 긴 일관성 시간과 인상적인 큐비트 연결로 실온에서 작동하는 중립 원자 기반 양자 프로세서입니다.
  • Quantinuum: 충실도가 높고 완전히 연결된 큐비트, 낮은 오류율, 큐비트 재사용 및 중간 회로 측정을 수행할 수 있는 트랩된 이온 시스템입니다.
  • Rigetti: Rigetti의 시스템은 초전도 큐비트 기반 양자 프로세서를 통해 구동됩니다. 빠른 게이트 시간, 짧은 대기 시간 조건부 논리 및 빠른 프로그램 실행 시간을 제공합니다.

각 공급자의 사양에 대한 자세한 내용은 전체 Quantum 컴퓨팅 target 목록을 참조하세요.

공급자 출시 예정

  • Quantum Circuits, Inc: 오류 수정, 인코딩에 구애받지 않는 얽힘 게이트를 가능하게 하는 실시간 피드백이 포함된 전체 스택 초전도 회로입니다.

다음 단계

Azure Quantum 사용 시작: