Что такое Azure Quantum?

Azure Quantum — это облачная служба квантовых вычислений Azure с набором различных квантовых решений и технологий. Azure Quantum обеспечивает открытый, гибкий и перспективный путь к квантовым вычислениям, которые адаптируются к вашему способу работы, ускоряют выполнение и защищают ваши инвестиции в технологии.

Azure Quantum предоставляет лучшую среду разработки для создания квантовых алгоритмов для нескольких платформ одновременно, сохраняя гибкость для настройки одинаковых алгоритмов для конкретных систем. Вы можете написать код один раз и выполнить его практически без изменений для нескольких targets из одного семейства, что позволяет сосредоточиться на программировании на уровне алгоритма.

Дополнительные сведения о способах использования квантовых вычислений и квантовых алгоритмов см. в статье Общие сведения о квантовых вычислениях.

Начало работы с Azure Quantum

Существует несколько способов начать работу с Azure Quantum. Вы можете начать с изучения веб-сайта Azure Quantum или создать первую рабочую область Azure Quantum.

Веб-сайт Azure Quantum

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) — это центральный ресурс для изучения квантовых вычислений. Вы можете взаимодействовать с Copilot в Azure Quantum— чат-ботом, ориентированным на квантовые вычисления, который помогает писать код и лучше понимать квантовые концепции. Вы также можете узнать от экспертов и энтузиастов в блогах, статьях и видео.

Попробуйте примеры кода Q# в интерактивном редакторе кода, код с помощью Azure Quantum, отправьте задание в облачный эмулятор Quantinuum H-Series Или одним щелчком мыши в редакторе кода в Интернете откройте код в VS Code для Интернета и продолжите работу в предварительно настроенной квантовой среде.

Веб-сайт Azure Quantum предоставляется бесплатно и не требует учетной записи Azure. Чтобы приступить к работе, вам потребуется только учетная запись электронной почты Майкрософт (MSA). Дополнительные сведения см. в статье Изучение Azure Quantum.

портал Azure;

Совет

Первые пользователи автоматически получают бесплатные кредиты Azure Quantum в размере 500 долл. США для использования с каждым участвующим поставщиком квантового оборудования. Если вы используете все кредиты и вам потребуются дополнительные, вы можете подать заявку на участие в программе кредитов Azure Quantum.

Если вы хотите начать работу с Azure Quantum, сделать это очень просто и бесплатно для новых пользователей. Чтобы отправить квантовые программы в Azure Quantum, вам потребуется только две вещи:

  1. Учетная запись Azure. Если у вас нет учетной записи Azure, зарегистрируйтесь бесплатно и зарегистрируйтесь для получения подписки с оплатой по мере использования. Если вы студент, вы можете воспользоваться бесплатной учетной записью Azure для учащихся.

  2. Рабочая область Azure Quantum. Рабочая область Azure Quantum — это коллекция ресурсов, связанных с выполнением квантовых вычислений. Чтобы создать рабочую область Azure Quantum, перейдите на портал Azure, выберите Быстро создать, чтобы автоматически создать рабочую область и добавить поставщиков по умолчанию. Или выберите Создать с настройками и введите сведения о рабочей области и выберите поставщиков.

Дополнительные сведения см. в статье Создание рабочей области Azure Quantum.

Что такое Q#?

Q# — это язык квантового программирования с открытым кодом для разработки и запуска квантовых программ.

Квантовую программу можно рассматривать как определенный набор классических подпрограмм, которые при их вызове выполняют вычисления путем взаимодействия с квантовой системой. Программа, написанная на Q#, не моделирует квантовое состояние напрямую, а описывает, как классический управляющий компьютер взаимодействует с кубитами. Это позволяет полностью не зависеть от квантового состояния на каждомtarget компьютере, которое может иметь различные интерпретации в зависимости от компьютера.

Q# — это автономный язык, обеспечивающий высокий уровень абстракции. Отсутствует понятие квантового состояния или цепи; Вместо этого Q# реализует программы с точки зрения операторов и выражений, как и классические языки программирования. Таким образом, язык Q# поддерживает интеграцию расширенных классических и квантовых вычислений.

Дополнительные сведения см. в разделе Язык квантового программирования Q#.

Как написать квантовые программы Q#?

Azure Quantum предлагает Azure Quantum Development Kit (современный QDK). С помощью современного QDK вы можете писать квантовые программы Q#, отлаживать код, получать отзывы о коде в режиме реального времени и выбирать компьютер target . Современный QDK — это единственный пакет средств разработки, готовый для Fault-Tolerant квантовых вычислений (FTQC).

Примечание

Microsoft Quantum Development Kit (классический QDK) больше не будет поддерживаться после 30 июня 2024 г. Если вы уже являетесь разработчиком QDK, мы рекомендуем перейти на новую версию Azure Quantum Development Kit (современный QDK), чтобы продолжить разработку квантовых решений. Дополнительные сведения см. в статье Перенос кода Q# в современный QDK.

Современный QDK предлагает два способа запуска квантовых программ в Azure Quantum:

Помимо поддержки Q#, пакеты QDK предлагают поддержку Qiskit и Cirq для квантовых вычислений, поэтому если вы уже работаете на других языках разработки, вы также можете запускать свои каналы в Azure Quantum.

Примечание

Рабочая область Azure Quantum необходима для запуска локальных квантовых программ в поставщиках Azure Quantum. Дополнительные сведения см. в статье Создание рабочей области Azure Quantum.

Что такое гибридные квантовые вычисления?

Гибридные квантовые вычисления относятся к процессам и архитектуре классического компьютера и квантового компьютера, работающего вместе для решения задачи. С помощью архитектуры гибридных квантовых вычислений последнего поколения, доступной в Azure Quantum, вы можете начать программирование квантовых компьютеров, сочетая классические и квантовые инструкции вместе.

  • Пакетные квантовые вычисления. Пакетная обработка нескольких каналов в одном задании позволяет избежать ожидания между отправками заданий, что позволяет выполнять несколько заданий быстрее. Примерами задач, которые могут воспользоваться преимуществами пакетных квантовых вычислений, являются алгоритм Шора и простая квантовая оценка фазы.
  • Интерактивные квантовые вычисления (сеансы). Задания можно логически сгруппировать в один сеанс и приоритизировать по сравнению с заданиями, не относящиеся к сеансу. Примерами задач, которые могут использовать этот подход, являются вариантные квантовые собственные решения (VQE) и квантовые приблизительные алгоритмы оптимизации (QAOA).
  • Интегрированные квантовые вычисления. Благодаря интеграции квантовых и классических вычислений квантовые программы могут отойти от просто цепей. Теперь программы могут использовать распространенные конструкции программирования для выполнения измерений среднего канала, оптимизации и повторного использования кубитов, а также для адаптации к QPU в режиме реального времени. Примерами сценариев, которые могут воспользоваться преимуществами этой модели, являются адаптивная оценка этапов и машинное обучение.
  • Распределенные квантовые вычисления. Модель распределенных квантовых вычислений позволяет выполнять вычисления в реальном времени для квантовых и распределенных ресурсов. Примерами сценариев, которые могут воспользоваться преимуществами этой модели, являются сложные материалы моделирования или оценка полных каталитических реакций.

Дополнительные сведения см. в статье Гибридные квантовые вычисления.

Оценка ресурсов в квантовых вычислениях

В квантовых вычислениях оценка ресурсов — это способность понимать ресурсы, т. е. количество кубитов, количество квантовых вентили, время обработки и т. д., которые потребуются для заданного алгоритма, предполагая (или принимая в качестве параметров) определенные характеристики оборудования. Понимание количества кубитов, необходимых для квантового решения, и различий между кубитными технологиями позволяет новаторам подготавливать и совершенствовать свои квантовые решения для работы на будущих масштабируемых квантовых машинах и в конечном итоге ускорять их квантовое воздействие.

Оценщик ресурсов Azure Quantum, разработанный специально для масштабируемых квантовых отказоустойчивых систем с исправлением ошибок, позволяет оценивать архитектурные решения, сравнивать технологии кубитов и определять ресурсы, необходимые для выполнения заданного квантового алгоритма. Вы можете выбрать один из предварительно определенных отказоустойчивых протоколов и указать предположения для базовой физической модели кубитов.

Оценщик ресурсов Azure Quantum вычисляет оценку физических ресурсов после макета, принимая во внимание набор входных данных, таких как параметры кубита, код квантового исправления ошибок (QEC), бюджет ошибок и другие параметры . Она принимает Quantum Intermediate Representation программу (QIR) в качестве входных данных и, следовательно, поддерживает любой язык, который преобразуется в QIR. Например, вы можете использовать оценщик ресурсов Azure Quantum с Q# и Qiskit.

Схема, показывающая компоненты, предоставляемые оценщиком ресурсов, и соответствующие настройки. Доступные аспекты: входные данные приложения, средства компиляции, QIR, модели QEC, модели кубитов и анализ. Клиент может использовать программу приложений, средства компиляции или оптимизации, код QIR, модели QEC, параметры кубитов, а также средства анализа и визуализации.

Поставщики, доступные в Azure Quantum

Azure Quantum предлагает некоторые из самых интересных и разнообразных квантовых ресурсов, предоставляемых сегодня лидерами в отрасли. В настоящее время Azure Quantum сотрудничает со следующими поставщиками, позволяющими запускать квантовые программы Q# на реальном оборудовании, а также возможность тестирования кода на симулируемых квантовых компьютерах.

Выберите поставщика, характеристики которого более всего соответствуют требуемым для решения вашей задачи и удовлетворения ваших потребностей.

  • IONQ: динамически перенастраивать квантовые компьютеры с захватом ионов для 11 полностью подключенных кубитов, что позволяет запускать двухкубитный шлюз между любой парой.
  • PASQAL (Закрытая предварительная версия): квантовые процессоры на основе нейтральных атомов, работающие при комнатной температуре, с длительным временем согласованности и впечатляющим подключением кубитов.
  • Quantinuum: системы с захватом ионов с высокой точностью, полностью подключенными кубитами, низкой частотой ошибок, повторным использованием кубитов и возможностью выполнения измерений среднего канала.
  • Rigetti: системы Ригетти работают на сверхпроводящих квантовых процессорах на основе кубитов. Они обеспечивают быстрое время входа, условную логику с низкой задержкой и быстрое время выполнения программы.

Дополнительные сведения о спецификациях каждого поставщика см. в полном списке квантовых вычисленийtarget.

Поставщики в ближайшее время

  • Quantum Circuits, Inc. Полнофункциональные сверхпроводящие цепи с обратной связью в режиме реального времени, которая обеспечивает исправление ошибок, не зависящих от кодирования запутывающих вентилей.

Дальнейшие действия

Начните использовать Azure Quantum: