Azure Quantum이란?

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 알고리즘 수준에서 프로그래밍에 집중할 수 있는 동일한 패밀리의 여러 targets 항목에 대해 거의 또는 전혀 변경하지 않고 실행할 수 있습니다.

  • Microsoft 및 파트너의 다양한 양자 소프트웨어, 하드웨어 및 솔루션에 액세스할 수 있는 개방형 에코시스템입니다. Qiskit, Cirq 및 Q#과 같은 양자 프로그래밍 언어에서 선택하고 여러 양자 시스템에서 알고리즘을 실행할 수 있습니다.
  • 현재의 양자 영향을 통해 오늘날의 양자 시스템을 동시에 탐색하고 미래의 확장된 양자 시스템에 대비할 수 있으며, 클래식 및 가속 컴퓨팅 리소스에서 실행되는 미리 빌드된 솔루션(최적화 솔루션이라고도 함)을 사용할 수 있습니다.

Azure 계정이 없는 경우 무료로 등록하고 종량제 구독에 등록합니다. 학생인 경우 학생용 무료 Azure 계정을 활용할 수 있습니다.

Azure Quantum 구성 요소

Azure Quantum을 사용하면 소프트웨어, 하드웨어 및 미리 빌드된 솔루션에 액세스할 수 있는 전체 스택 개방형 클라우드 에코시스템에서 현재 양자 컴퓨팅의 이점을 활용할 수 있습니다. Azure Quantum은 양자 컴퓨팅 및 최적화라는 두 가지 유형의 양자 솔루션을 제공합니다.

양자 컴퓨팅

화학 반응, 생물학적 반응, 소재 대형 등, 양자 기계적 문제를 시뮬레이션하려는 경우, 양자 현상을 연산에 사용하기 때문에 양자 컴퓨터가 매우 뛰어난 성능을 발휘합니다. 또한 많은 계산이 필요한 금융 서비스, 기계 학습, 비정형 데이터 검색 등, 다양한 영역에서 진행을 가속화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구원과 기업은 Azure Quantum을 사용하여 위험 관리, 사이버 보안, 네트워크 분석, 데이터 검색, 백신 개발 또는 재료 과학의 복잡한 시나리오를 모델링할 수 있습니다. 양자 컴퓨터 및 양자 알고리즘 사용 방법에 대한 자세한 내용은 양자 컴퓨팅 이해를 참조하세요.

Optimization

수십 년 동안 클래식 컴퓨터에서 양자 효과를 시뮬레이션하면서 양자에서 영감을 얻은 최적화라는 새로운 유형의 양자 솔루션이 개발되었습니다. 최적화는 원하는 결과와 제약 조건을 고려하여 문제에 대한 최상의 솔루션을 찾는 프로세스입니다. 차량 경로 지정, 공급망 관리, 일정 관리, 포트폴리오 최적화, 전력망 관리 등 모든 산업에는 복잡한 최적화 문제가 존재합니다. 현실에 존재하는 이러한 문제를 해결하면 비용 절감, 프로세스 가속화, 위험 감소 같은 귀중한 이점을 얻을 수 있습니다.

양자에서 영감을 얻은 최적화 알고리즘은 기존 하드웨어에서 양자 컴퓨팅의 장점 중 일부를 활용하여 기존 접근 방식에 비해 속도를 향상합니다.

Azure Quantum은 Microsoft와 파트너가 개발한 광범위한 최첨단 양자 유도 최적화 알고리즘에 대한 액세스를 제공합니다. Azure Quantum의 최적화 솔루션에 대한 자세한 정보는 최적화란?을 참조하세요.

Azure Arc를 시작하는 방법

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 프로그램 및 최적화 솔루션을 제출하려면 다음 두 가지만 있으면 됩니다.

  1. Azure 계정: Azure 계정이 없는 경우 무료로 등록하고 종량제 구독에 등록합니다.
  2. Azure Quantum 작업 영역: Azure Quantum 작업 영역은 양자 또는 최적화 애플리케이션 실행과 관련된 자산 모음입니다. 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.

양자 컴퓨팅의 리소스 예측

양자 컴퓨팅에서 리소스 추정은 특정 하드웨어 특성을 가정(또는 매개 변수로 사용)하여 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 스케일링된 양자 머신에서 실행되도록 양자 솔루션을 준비하고 구체화하고 궁극적으로 양자 영향을 가속화할 수 있습니다.

Azure Quantum은 내결함성이 있는 오류 수정 양자 컴퓨터에서 실행되었다고 가정하여 프로그램에 대한 벽시계 실행 시간과 물리적 리소스 예상을 계산하고 출력하는 자사 리소스 예측을 target 제공합니다. 스케일링된 양자(NISQ 이후, 내결함성 시스템)를 위해 특별히 설계된 Azure Quantum Resource Estimator 를 사용하면 아키텍처 결정을 평가하고, 큐비트 기술을 비교하고, 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 및 오류 예산에 대한 가정을 고려하여 사후 레이아웃 물리적 리소스 예측을 계산합니다. QIR(QIR) 프로그램을 입력으로 사용Quantum Intermediate Representation하므로 QIR로 번역되는 모든 언어를 지원합니다. 예를 들어 인기 있는 양자 SDK 및 Q# 및 Qiskit와 같은 언어와 함께 Azure Quantum Resource Estimator를 사용할 수 있습니다.

Azure Quantum Resource Estimator는 미리 정의된 값을 사용하여 입력 집합을 사용하여 쉽게 시작할 수 있습니다.

  • 물리적 큐비트 매개 변수
  • QEC(양자 오류 수정) 체계
  • 오류 예산

자세한 내용은 Azure Quantum Resource Estimator 참조 페이지를 참조하세요.

Q# 및 는 Quantum Development Kit무엇인가요?

Microsoft Quantum Development Kit (QDK)는 Azure Quantum 서비스와 인터페이스하는 데 필요한 SDK입니다. 컴퓨터에 로컬로 QDK를 설치하거나 Azure Quantum 서비스의 무료 호스트된 Jupyter Notebook 부분에 미리 설치된 구성 요소로 사용할 수 있습니다.

QDK에는 양자 프로그램을 만들기 위해 알고리즘 및 애플리케이션 수준에서 작업에 집중할 수 있는 고급 오픈 소스 프로그래밍 언어인 양자 프로그래밍 언어 Q#이 포함되어 있습니다.

Quantum Development Kit입니다.

QDK는 양자 소프트웨어 개발 프로세스에 도움이 되며 Azure Quantum 서비스와 독립적으로 독립 실행형으로 사용할 수 있는 도구 집합을 제공합니다.

  • 많은 양자 알고리즘에 공통적인 패턴을 구현하는 "표준" 라이브러리와 화학 및 기계 학습과 같은 도메인별 라이브러리를 포함하여 코드를 상위 수준으로 유지하는 데 도움이 되는 오픈 소스 라이브러리입니다.
  • 현재 양자 컴퓨터 및 향후의 양자 컴퓨터를 시뮬레이션하는 로컬 및 클라우드 기반 양자 컴퓨팅 시뮬레이터를 통해 Q#으로 작성된 양자 알고리즘을 실행하고 디버그할 수 있습니다.
  • 노이즈 및 안정기 표현의 영향이 있는 상황에서 Q# 프로그램의 동작을 시뮬레이션할 수 있는 노이즈 시뮬레이터.
  • Visual Studio 2022Visual Studio Code용 확장 및 Jupyter Notebooks와의 통합
  • Python 및 기타 .NET 언어와의 상호 운용성 및 QiskitCirq와의 통합을 통해 이미 다른 개발 언어로 작업 중인 양자 개발자도 Azure Quantum에서 회로를 실행할 수 있습니다.

참고

Azure Quantum은 유연한 에코시스템입니다. Qiskit 또는 Cirq 회로 제출이나, 최적화 문제 제출과 같은 Q# 코드를 명시적으로 호출하지 않고도, Azure Quantum에서 Python 코드를 실행할 수 있습니다. 이러한 기능을 사용하려면 azure-quantum Python 패키지를 설치해야 합니다.

양자 프로그래밍 언어 Q#

양자 프로그래밍 언어를 사용하는 이유는? 단기간에 회로가 아닌 알고리즘을 작성하려고 하기 때문입니다.

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 독립적 수 있으며, 이는 머신에 따라 다른 해석을 가질 수 있습니다. 코드를 한 번 작성하고 거의 또는 전혀 변경하지 않고 동일한 패밀리의 여러 targets 항목에 대해 코드를 실행하여 알고리즘 수준에서 프로그래밍에 집중할 수 있습니다.

Azure Quantum 포털에서 Jupyter Notebooks를 사용하여 Q# 또는 Python으로 Quantum 프로그램을 개발하거나 선호하는 IDE를 사용하여 로컬 환경에서 개발할 수 있습니다. 두 환경 모두 Azure Quantum 서비스를 통해 Quantum 하드웨어에 작업을 제출하거나 클라우드 기반 또는 로컬 Quantum 시뮬레이터를 사용할 수 있습니다. 자세한 내용은 Q# 프로그램을 실행할 수 있는 다양한 방법을 참조하세요.

양자 소프트웨어 개발 워크플로

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. Qiskit, Cirq 및 Q#과 같은 양자 프로그래밍 언어에서 선택하고 여러 양자 시스템에서 알고리즘을 실행할 수 있습니다. Azure Quantum을 사용하면 오늘날의 양자 시스템을 탐색하는 동시에 미래의 확장된 양자 시스템에 대비할 수 있습니다.

다음 다이어그램에서는 Azure Quantum에서 아이디어 수준의 양자 프로그램이 완벽하게 구현되는 단계와 각 단계를 위해 QDK에서 제공하는 도구를 보여 줍니다.

qdk 워크플로

  1. 양자 코드를 작성합니다. Azure Quantum 작업 영역에서 사용할 수 있는 호스트된 Jupyter Notebook을 사용하여 Q# 프로그램을 작성할 수 있습니다. 로컬 개발 환경을 선호하는 경우 Visual Studio, Visual Studio Code 또는 Jupyter Notebook용 QDK 확장을 사용하여 Q# 프로그램을 만들 수 있습니다.

  2. 라이브러리를 사용하여 코드 수준을 높입니다. 양자 라이브러리를 사용하면 수준 높은 코드를 유지하고 구현 단계에서 많은 업무가 처리되므로 알고리즘의 논리에 집중할 수 있습니다.

  3. 전통적 소프트웨어 통합. 를 Quantum Development Kit 사용하면 Q# 프로그램을 Python 및 .NET과 통합할 수 있으므로 양자 소프트웨어 개발자는 지난 70년 동안 클래식 컴퓨팅에서 발전된 많은 기능을 활용할 수 있습니다. 기존 Qiskit 및 Cirq 소스 코드를 거의 또는 전혀 변경하지 않고 재사용하고 제출할 수도 있습니다.

  4. 시뮬레이션에서 양자 코드를 실행합니다. 프로그램을 작성한 후 양자 시스템의 작동을 시뮬레이션하는 전통적 프로그램인 양자 시뮬레이터를 사용하여, 실제 하드웨어 액세스 없이도 프로그램의 소규모 인스턴스를 실행하고 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다.

  5. 리소스를 예상합니다. 양자 하드웨어에서 실행하기 전에 먼저 기존 하드웨어에서 프로그램을 실행할 수 있는지 여부를 파악해야 합니다. Azure Quantum Resource Estimator를 사용하여 필요한 실제 리소스 추정치와 프로그램에 걸리는 시간을 알려줄 수 있습니다.

  6. 양자 하드웨어에서 코드를 실행합니다. 이제 마지막으로 Azure Quantum을 사용하여 양자 하드웨어에서 프로그램을 실행합니다.

참고

워크플로의 모든 단계에 대해 동일한 Q# 코드를 사용합니다. 단기적으로는 현재 하드웨어 제한 사항을 고려하여 일부 코드 조정이 필요할 수 있습니다. 그러나 장기적으로는 코드 수정 없이도 다양한 시뮬레이터와 하드웨어 공급자 간을 전환할 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.

양자 컴퓨팅 공급자

문제의 특성과 요구에 가장 적합한 공급자를 선택합니다.

  • Quantinuum: 충실도가 높고 완전히 연결된 큐비트, 낮은 오류율, 큐비트 재사용, 중간 회로 측정 수행 능력을 갖춘 트랩 이온 시스템입니다.
  • IONQ: 최대 11개의 완전히 연결된 큐비트에 대해 동적으로 재구성 가능한 트랩된 이온 양자 컴퓨터로, 모든 쌍 간에 2큐비트 게이트를 실행할 수 있습니다.
  • Rigetti: 대기 시간이 짧고 병렬 실행을 가능하게 하는 QIR(게이트 기반 초전도 프로세서 Quantum Intermediate Representation ) 입니다.
  • Pasqal: 긴 결맞음 시간과 인상적인 큐비트 연결로 실온에서 작동하는 중성 원자 기반 양자 프로세서입니다. 현재 Azure Quantum의 Pasqal 프라이빗 미리 보기에 미리 등록할 수 있습니다.
  • Quantum Circuits, Inc: 오류 수정, 인코딩에 구애받지 않는 얽힘 게이트를 가능하게 하는 실시간 피드백이 포함된 전체 스택 초전도 회로입니다.

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

최적화 공급자

최적화 솔루션의 경우 다음 공급자 중에서 선택할 수 있습니다.

  • 1QBit: 검색 기술을 사용하여 QUBO 문제를 해결하는 반복 추론 알고리즘입니다.
  • Microsoft QIO: 수십 년간의 양자 연구에서 영감을 얻은 최적화 문제를 다시 나타내는 여러 targets 집합입니다.
  • Toshiba SQBM+: Toshiba Simulated Quantum Bifurcation Machine은 빠른 속도로 대규모 조합 최적화 문제를 해결하는 GPU 기반 ISING 머신입니다.

각 공급자의 사양에 대한 자세한 내용은 전체 최적화 target 목록을 참조하세요.

다음 단계

Azure Quantum 사용 시작: