Co to jest usługa Azure Quantum?

  • Artykuł

Azure Quantum to usługa przetwarzania kwantowego w chmurze platformy Azure z różnorodnym zestawem rozwiązań kwantowych i technologii. Usługa Azure Quantum zapewnia otwartą, elastyczną i przyszłą ścieżkę do obliczeń kwantowych, która dostosowuje się do sposobu pracy, przyspiesza postęp i chroni inwestycje w technologie.

Usługa Azure Quantum udostępnia najlepsze środowisko programistyczne do tworzenia algorytmów kwantowych dla wielu platform jednocześnie, zachowując elastyczność dostosowywania tych samych algorytmów dla określonych systemów. Kod można napisać raz i uruchomić go bez zmian w wielu targets tej samej rodzinie, co pozwala skupić się na programowaniu na poziomie algorytmu.

Aby dowiedzieć się więcej o sposobie korzystania z obliczeń kwantowych i algorytmów kwantowych, zobacz Understanding Quantum Computing (Omówienie obliczeń kwantowych).

Jak rozpocząć pracę z usługą Azure Quantum?

Istnieją różne sposoby rozpoczynania pracy z usługą Azure Quantum. Możesz zacząć od eksplorowania witryny internetowej usługi Azure Quantum lub utworzenia pierwszego obszaru roboczego usługi Azure Quantum.

Witryna internetowa usługi Azure Quantum

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) to centralny zasób do eksplorowania obliczeń kwantowych. Możesz współpracować z Copilot w usłudze Azure Quantum, czatbotem skoncentrowanym na kwantach, który ułatwia pisanie kodu i lepsze zrozumienie pojęć kwantowych. Możesz również uczyć się od ekspertów i entuzjastów za pośrednictwem blogów, artykułów i filmów wideo.

Wypróbuj przykłady kodu w języku Q# w edytorze kodu online, kod za pomocą usługi Azure Quantum, prześlij zadanie do opartego na chmurze emulatora quantinuum H-Series lub jednym kliknięciem w edytorze kodu online, otwórz kod w programie VS Code dla sieci Web i kontynuuj pracę w środowisku kwantowym wstępnie skonfigurowanym.

Witryna internetowa usługi Azure Quantum jest bezpłatna i nie wymaga konta platformy Azure. Aby rozpocząć pracę, wystarczy konto e-mail firmy Microsoft (MSA). Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Eksplorowanie usługi Azure Quantum.

Witryna Azure Portal

Porada

Użytkownicy po raz pierwszy automatycznie otrzymują bezpłatne środki w wysokości 500 USD (USD)Środki na korzystanie z usługi Azure Quantum z każdym uczestniczącym dostawcą sprzętu kwantowego. Jeśli korzystasz ze wszystkich środków i potrzebujesz więcej, możesz zastosować się do programu Środków na korzystanie z usługi Azure Quantum.

Korzystanie z usługi Azure Quantum jest bardzo łatwe i bezpłatne dla nowych użytkowników. Aby przesłać programy kwantowe do usługi Azure Quantum, potrzebne są tylko dwie elementy:

  1. Konto platformy Azure: jeśli nie masz konta platformy Azure, zarejestruj się bezpłatnie i zarejestruj się w celu uzyskania subskrypcji z płatnością zgodnie z rzeczywistym użyciem. Jeśli jesteś uczniem, możesz skorzystać z bezpłatnego konta platformy Azure dla uczniów.

  2. Obszar roboczy usługi Azure Quantum: obszar roboczy usługi Azure Quantum to kolekcja zasobów skojarzonych z uruchomionym kwantem. Aby utworzyć obszar roboczy usługi Azure Quantum, przejdź do Azure Portal, wybierz pozycję Szybkie tworzenie i automatycznie tworzy obszar roboczy i dodaje domyślnych dostawców. Możesz też wybrać pozycję Utwórz z wyprzedzeniem, a następnie wprowadzić szczegóły obszaru roboczego i wybrać dostawców.

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Tworzenie obszaru roboczego usługi Azure Quantum.

Co to jest język Q#?

Q# to język programowania kwantowego typu open source do tworzenia i uruchamiania programów kwantowych.

Program kwantowy może być postrzegany jako konkretny zestaw klasycznych podroutyn, które po wywołaniu wykonują obliczenia przez interakcję z systemem kwantowym; program napisany w języku Q# nie modeluje bezpośrednio stanu kwantowego, ale raczej opisuje sposób interakcji klasycznego komputera sterującego z kubitami. Pozwala to być całkowicie niezależne od tego, co stan kwantowy jest nawet na każdej target maszynie, co może mieć różne interpretacje w zależności od maszyny.

Q# to autonomiczny język, który oferuje wysoki poziom abstrakcji. Nie ma pojęcia stanu kwantowego ani obwodu; Zamiast tego język Q# implementuje programy pod względem instrukcji i wyrażeń, podobnie jak klasyczne języki programowania. W związku z tym język Q# obsługuje integrację rozbudowanych obliczeń klasycznych i kwantowych.

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Język programowania kwantowego Q#.

Jak napisać programy kwantowe w języku Q#?

Usługa Azure Quantum oferuje platformę Azure Quantum Development Kit (nowoczesny zestaw QDK). Dzięki nowoczesnemu zestawowi QDK można napisać programy kwantowe języka Q#, debugować kod, uzyskiwać opinie o kodzie w czasie rzeczywistym i wybierać target maszynę. Nowoczesny zestaw QDK jest jedynym zestawem deweloperów gotowym do Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC).

Uwaga

Zestaw Microsoft Quantum Development Kit (klasyczny zestaw QDK) nie będzie już obsługiwany po 30 czerwca 2024 r. Jeśli jesteś istniejącym deweloperem zestawu QDK, zalecamy przejście do nowej platformy Azure Quantum Development Kit (nowoczesnego zestawu QDK), aby kontynuować opracowywanie rozwiązań kwantowych. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Migrowanie kodu języka Q# do nowoczesnego zestawu QDK.

Nowoczesny zestaw QDK oferuje dwa sposoby uruchamiania programów kwantowych w usłudze Azure Quantum:

Oprócz obsługi języka Q#zestawy QDKs oferują obsługę zestawów Qiskit i Cirq na potrzeby obliczeń kwantowych, więc jeśli już pracujesz w innych językach programowania, możesz również uruchamiać obwody w usłudze Azure Quantum.

Uwaga

Obszar roboczy usługi Azure Quantum jest wymagany do uruchamiania lokalnych programów kwantowych u dostawców usługi Azure Quantum. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Tworzenie obszaru roboczego usługi Azure Quantum.

Co to jest hybrydowe przetwarzanie kwantowe?

Hybrydowe obliczenia kwantowe odnoszą się do procesów i architektury klasycznego komputera oraz komputera kwantowego współpracującego ze sobą w celu rozwiązania problemu. Najnowsza generacja hybrydowej architektury obliczeń kwantowych dostępnych w usłudze Azure Quantum umożliwia rozpoczęcie programowania komputerów kwantowych przez połączenie klasycznych i kwantowych instrukcji.

  • Przetwarzanie kwantowe wsadowe: przetwarzanie wsadowe wielu obwodów do jednego zadania eliminuje oczekiwanie między przesyłaniem zadań, co pozwala szybciej uruchamiać wiele zadań. Przykłady problemów, które mogą korzystać z obliczeń kwantowych wsadowych, to algorytm Shora i proste szacowanie fazy kwantowej.
  • Interaktywne obliczenia kwantowe (Sesje): zadania można grupować logicznie w jedną sesję i określać priorytety zadań innych niż sesja. Przykłady problemów, które mogą używać tego podejścia, to Quantum Eigensolvers (VQE) i Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).
  • Zintegrowane obliczenia kwantowe: integrując obliczenia kwantowe i klasyczne, programy kwantowe mogą odejść od tylko obwodów. Programy mogą teraz używać typowych konstrukcji programistycznych do wykonywania pomiarów obwodu środkowego, optymalizowania i ponownego używania kubitów oraz dostosowywania się w czasie rzeczywistym do QPU. Przykłady scenariuszy, które mogą korzystać z tego modelu, to adaptacyjne szacowanie faz i uczenie maszynowe.
  • Rozproszone obliczenia kwantowe: Rozproszony model obliczeń kwantowych umożliwia obliczenia w czasie rzeczywistym w zasobach kwantowych i rozproszonych. Przykłady scenariuszy, które mogą korzystać z tego modelu, to złożone modelowanie materiałów lub ocena pełnych reakcji katalitycznych.

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Hybrydowe obliczenia kwantowe.

Szacowanie zasobów w obliczeniach kwantowych

W obliczeniach kwantowych szacowanie zasobów to możliwość zrozumienia zasobów, czyli liczby kubitów, liczby bram kwantowych, czasu przetwarzania itp., które będą wymagane dla danego algorytmu, przy założeniu (lub przyjmowaniu jako parametrów) pewnych cech sprzętowych. Zrozumienie liczby kubitów wymaganych do rozwiązania kwantowego i różnic między technologiami kubitów umożliwia innowatorom przygotowanie i uściślinie rozwiązań kwantowych do uruchamiania na przyszłych skalowanych maszynach kwantowych i ostatecznie przyspieszenie ich wpływu kwantowego.

Zaprojektowany specjalnie dla skalowanych kwantowych systemów odpornych na błędy, narzędzie do szacowania zasobów usługi Azure Quantum pozwala ocenić decyzje dotyczące architektury, porównać technologie kubitu i określić zasoby potrzebne do wykonania danego algorytmu kwantowego. Możesz wybrać spośród wstępnie zdefiniowanych protokołów odpornych na błędy i określić założenia podstawowego fizycznego modelu kubitu.

Narzędzie do szacowania zasobów usługi Azure Quantum oblicza szacowanie zasobów fizycznych po układzie, biorąc pod uwagę zestaw danych wejściowych, takich jak parametry kubitu, kod korekty błędu kwantowego (QEC), budżet błędu i inne parametry . Przyjmuje on program (QIR) jako dane wejściowe i dlatego obsługuje dowolny język, który tłumaczy się na język QIR, na przykład można użyć narzędzia do szacowania zasobów kwantowych platformy Azure z językami Q# i Qiskit.Quantum Intermediate Representation

Diagram przedstawiający składniki dostarczane przez narzędzie do szacowania zasobów i odpowiednie dostosowania. Podane aspekty to Dane wejściowe aplikacji, Narzędzia kompilacji, QIR, modele QEC, modele kubitów i analiza. Klient może przynieść narzędzia do tworzenia aplikacji, kompilacji lub optymalizacji, kodu QIR, modeli QEC, parametrów kubitu oraz narzędzi do analizy i wizualizacji.

Dostawcy dostępni w usłudze Azure Quantum

Usługa Azure Quantum oferuje jedne z najbardziej atrakcyjnych i zróżnicowanych zasobów kwantowych dostępnych obecnie od liderów branży. Usługa Azure Quantum obecnie współpracuje z następującymi dostawcami, aby umożliwić uruchamianie programów kwantowych języka Q# na rzeczywistym sprzęcie oraz opcję testowania kodu na symulowanych komputerach kwantowych.

Wybierz dostawcę, który najlepiej odpowiada cechom problemu i potrzebom.

  • IONQ: Dynamicznie można ponownie skonfigurować uwięzione komputery kwantowe jonowe dla maksymalnie 11 w pełni połączonych kubitów, co umożliwia uruchomienie bramy dwukubitowej między dowolną parą.
  • PASQAL (prywatna wersja zapoznawcza): neutralne procesory kwantowe oparte na atomach działające w temperaturze pomieszczenia, z długimi okresami spójności i imponującą łącznością kubitu.
  • Quantinuum: Systemy uwięzionych jonów z wysoką wiernością, w pełni połączonymi kubitami, niskimi szybkościami błędów, ponownym użyciem kubitu i możliwością wykonywania pomiarów obwodu środkowego.
  • Rigetti: systemy Rigettiego są zasilane przez nadprzewodzące procesory kwantowe oparte na kubitach. Oferują one szybkie czasy bramy, logikę warunkową o małych opóźnieniach i szybkie czasy wykonywania programu.

Aby uzyskać więcej informacji na temat specyfikacji każdego dostawcy, zobacz pełną listę obliczeń kwantowychtarget.

Dostawcy będą wkrótce

  • Quantum Circuits, Inc: obwody superkondukcyjne pełnego stosu, z opiniami w czasie rzeczywistym, które umożliwiają korektę błędów, kodowanie niezależne od splątania bram.

Następne kroki

Rozpocznij korzystanie z usługi Azure Quantum: