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什么是 Azure Quantum?

Azure Quantum 是 Azure 的云量子计算服务。 Azure Quantum 提供了一个开放、灵活且面向未来的量子计算路径,可适应你的工作方式。

Azure Quantum 提供一系列量子计算解决方案,包括来自行业领先的提供商、量子软件和量子服务的量子硬件。 使用 Azure Quantum,可以在实际量子硬件上运行量子程序、模拟量子算法,并估算将来缩放量子计算机上运行量子程序所需的资源。

若要详细了解如何使用量子计算和量子算法,请参阅了解量子计算

如何开始使用 Azure Quantum?

若要开始使用 Azure Quantum,首先需要确定当前的设置和要求。 无论你是否是开发人员,以及你是否拥有 Azure 帐户,都有不同的方法开始使用 Azure Quantum。 下表基于用户类型提供指导:

用户类型 如何开始使用
我没有 Azure 帐户,我不是开发人员 可以访问 Azure Quantum 网站
我没有 Azure 帐户,我是开发人员 可以安装 Quantum Development Kit For Visual Studio Code
我有一个 Azure 帐户 首先可以创建 Azure Quantum 工作区。 然后,可以使用Azure 门户或安装 Quantum Development Kit for Visual Studio Code

无需使用 Azure 帐户即可使用 Azure Quantum。 但是,如果要将量子程序提交到 Azure Quantum 中的真实量子硬件,则需要一个 Azure 帐户和一个 Azure Quantum 工作区。

若要拥有 Azure 帐户,可以免费注册并注册 即用即付订阅。 如果你是学生,则可以利用 学生的免费 Azure 帐户。

提示

创建 Azure Quantum 工作区时,会自动为每个量子硬件提供商获取 500 美元的免费 Azure Quantum 信用额度 。 可以使用 Azure Quantum 信用将第一个量子程序提交到真正的量子硬件。

Azure Quantum 网站

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) 是探索量子计算的中心资源。 可以在 Azure Quantum 中与 Copilot 互动,这是一个以量子为中心的聊天机器人,可帮助编写代码并更好地了解量子概念。 还可以通过博客、文章和视频向专家和爱好者学习。

可以在联机代码编辑器试用 Q# 代码示例,将作业提交到基于云的 Quantinuum H 系列模拟器,并在 VS Code 中为 Web 打开代码,并继续在预配置量子环境中工作。

Azure Quantum 网站 是免费的不需要 Azure 帐户。 若要开始,只需要一个Microsoft(MSA)电子邮件帐户。 有关详细信息,请参阅 Azure Quantum 中的探索 Copilot。

Visual Studio Code

Azure Quantum 提供 Quantum Development Kit (QDK)。 使用 QDK,可以编写 Q# 量子程序、调试代码、获取实时代码反馈,然后选择 target 计算机。 QDK 是唯一可用于容错量子计算(FTQC)的开发工具包。 除了支持 Q#,QDK 还支持用于量子计算的 Qiskit 和 Cirq 程序,因此,如果你已在使用其他开发语言,还可以在 Azure Quantum 上运行线路。

免费Quantum Development Kit,可在 Visual Studio Code 中使用。 有关详细信息,请参阅 在 Visual Studio Code 中安装 QDK。

备注

Azure Quantum 工作区需要在 Azure Quantum 提供程序上运行本地量子程序。 有关详细信息,请参阅创建 Azure Quantum 工作区

Azure 门户

如果有 Azure 帐户,可以使用Azure 门户创建 Azure Quantum 工作区。 Azure Quantum 工作区是与运行量子关联的资产集合。 有关详细信息,请参阅创建 Azure Quantum 工作区

使用 Azure 门户,可以将量子程序提交到真正的量子硬件、管理 Azure Quantum 工作区、查看量子作业以及监视量子程序。

什么是 Q#?

Q# 是一种开源量子编程语言,用于开发和运行量子程序。

量子程序可以被视为一组特定的传统子例程,在调用时,可以与量子系统交互来执行计算;用 Q# 编写的程序不会直接对量子状态进行建模,而是描述传统控制计算机如何与量子比特交互。 这样,你就可以完全了解每个计算机上的量子状态,根据计算机,量子状态target可能有不同的解释。

Q# 是一种提供高级别抽象的独立语言。 没有量子状态或线路的概念;相反,Q# 在语句和表达式方面实现程序,这与经典编程语言非常类似。 因此,Q# 语言支持丰富的经典计算和量子计算的集成。

有关详细信息,请参阅 Q# 简介。 若要开始编写 Q# 代码,请参阅 创建第一个 Q# 程序

可以使用 Azure Quantum 做什么?

Azure Quantum 提供了广泛的服务和工具,可帮助你开发量子解决方案。

有关 Microsoft 量子计算研究的最新信息,请参阅 Microsoft 量子计算研究页面。

混合量子计算

混合量子计算是指经典计算机的过程和体系结构,以及协同工作的量子计算机来解决问题。 使用 Azure Quantum 中提供的最新一代混合量子计算体系结构,可以通过将经典指令和量子指令混合在一起来开始对量子计算机进行编程。

有关详细信息,请参阅 混合量子计算

量子计算中的资源估算

在量子计算中,资源估计是了解资源的能力,即量子比特数、量子门数、处理时间等,给定算法需要这些资源,假设(或采用参数)某些硬件特征。 了解量子解决方案所需的量子比特数以及量子比特技术之间的差异,创新者可以准备和优化其量子解决方案,以便在未来的规模化量子计算机上运行,并最终加速其量子影响。

使用 Azure Quantum 资源估算器,可以评估体系结构决策、比较量子比特技术并确定执行给定量子算法所需的资源。 可以从预定义的容错协议中进行选择,并指定基础物理量子比特模型的假设。 Azure Quantum 资源估算器通过采用一组输入(例如量子比特参数、量子误差更正(QEC)代码、错误预算和其他 参数 来计算布局后的物理资源估算。

有关详细信息,请参阅 量子计算 中的资源估算并 运行第一个资源估算

显示资源估算器提供的组件和相应的自定义项的关系图。

使用 Azure Quantum Elements 进行量子模拟

量子力学是宇宙的基础“操作系统”。 它描述了自然界的基本组成部分是如何运作的。 自然界的行为(例如化学反应、生物反应、物质形成)往往涉及到多体量子交互。 对于模拟固有量子机械系统(如分子)来说,量子计算大有希望,因为量子比特可用于表示有关的自然状态。 量子计算可以建模的量子系统的示例包括光合作用、超导和复杂的分子形成。

Azure Quantum Elements 旨在加速科学发现。 通过针对 Azure 高性能计算(HPC)群集、AI 加速计算、使用 AI 进行扩充推理、与量子工具集成、开始试验现有量子硬件的模拟工作流以及将来访问Microsoft量子超级计算机,重塑研发工作效率。

有关详细信息,请参阅 解锁 Azure for Molecular Dynamics 的强大功能。

量子加速

量子计算机非常适用于需要计算大量可能组合的问题。 可以在许多领域(例如量子模拟、加密、量子机器学习以及搜索问题)中找到这些类型的问题。

量子计算研究的目标之一是研究哪些问题可以用比传统计算机更快的量子计算机来解决,以及加速的幅度有多大。 一个众所周知的示例是 Grover 的算法,该算法在经典对应项上产生多项式加速。

Grover 算法加快了非结构化数据搜索解决方案的速度,与传统算法相比,其搜索步骤更少。 事实上,任何允许你检查给定值 x 是否是有效解决方案的问题(“是或否问题”)都可以用搜索问题来表述。

有关 Grover 算法的实现,请参阅 教程:在 Q# 中实现 Grover 的搜索算法。

Azure Quantum 上提供的量子提供程序

Azure Quantum 提供了业界领先公司当前提供的一些最引人注目、最多样化的量子资源。 Azure Quantum 当前与以下提供商合作,使你能够在真实硬件上运行 Q# 量子程序,并可以选择在模拟的量子计算机上测试代码。

选择最适合你的问题特征和需求的提供程序。

  • IONQ:动态重新配置最多 11 个完全连接的量子比特的可捕获离子量子计算机,这样就可以在任何对之间运行双量子比特门。
  • PASQAL (个人预览版):中性基于原子的量子处理器在温度下运行,具有较长的一致性时间和令人印象深刻的量子比特连接。
  • Quantinuum:离子阱系统可实现高保真、全连接量子比特、低错误率和量子比特重用,并且能够执行中间线路测量。
  • 里盖蒂:里盖蒂的系统由基于量子比特的超导量子处理器提供支持。 它们提供快速门时间、低延迟条件逻辑和快速程序执行时间。

有关每个提供程序的规范的详细信息,请参阅完整的 Quantum 计算 target 列表

有关作业成本的信息,请参阅 Azure Quantum 中的定价和 常见问题解答:了解 Azure Quantum 中的作业成本和计费。

即将推出提供商

  • Quantum Circuits, Inc:全堆栈超导线路,具有可实现纠错、与编码无关的纠缠门的实时反馈。

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