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什么是 Azure Quantum？

  • 项目

Azure Quantum 是一项 Azure 云量子计算服务，其中包含一组不同的量子解决方案和技术。 Azure Quantum 确保提供一条开放、灵活且面向未来的量子计算路径，该路径可适应你的工作方式、加速进度并保护技术投入。

Azure Quantum 提供了最佳的开发环境，可以同时为多个平台创建量子算法，同时保留为特定系统优化相同算法的灵活性。 可以编写一次代码，然后针对同一系列中的多个 targets 代码运行，几乎无需更改，这使你可以在算法级别专注于编程。

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？

可通过不同的方法开始使用 Azure Quantum。 可以先浏览 Azure Quantum 网站，也可以创建第一个 Azure Quantum 工作区。

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，可帮助你编写代码并更好地了解量子概念。 你还可以通过博客、文章和视频向专家和爱好者学习。

在联机代码编辑器（ 使用 Azure Quantum 编写代码）中试用 Q# 代码示例，将作业提交到基于云的 Quantinuum H 系列模拟器，或在联机代码编辑器中单击一下，在 VS Code for the Web 中打开代码，并继续在预配置的量子环境中工作。

Azure Quantum 网站 是免费的 ， 不需要 Azure 帐户。 首先，只需要一个 Microsoft (MSA) 电子邮件帐户。 有关详细信息，请参阅 探索 Azure Quantum。

Azure 门户

提示

首次使用的用户自动获得 500 美元 (美元的免费) Azure Quantum 额度 ，用于每个参与的量子硬件提供商。 如果你已用完所有额度，且需要更多额度，可以申请 Azure Quantum 额度计划。

开始使用 Azure Quantum 对于新用户来说非常简单，而且免费。 若要将量子程序提交到 Azure Quantum，只需完成两项操作：

  1. Azure 帐户：如果没有 Azure 帐户，请免费注册并注册 即用即付订阅。 如果你是学生，则可以利用 面向学生的免费 Azure 帐户。

  2. Azure Quantum 工作区：Azure Quantum 工作区是与运行量子关联的资产集合。 要创建 Azure Quantum 工作区，请转到 Azure 门户，然后选择“快速创建”，系统会自动创建工作区并添加默认提供程序。 或选择“高级创建”，然后输入工作区的详细信息并选择提供程序。

有关详细信息，请参阅创建 Azure Quantum 工作区。

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。 这允许你完全不知道量子状态 在 每台 target 计算机上是什么，这些计算机可能有不同的解释，具体取决于计算机。

Q# 是一种独立语言，提供高级别的抽象。 没有量子状态或电路的概念;相反，Q# 在语句和表达式方面实现程序，非常类似于经典编程语言。 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 量子编程语言 Q#。

如何编写 Q# 量子程序？

Azure Quantum 提供 Azure Quantum Development Kit (新式 QDK) 。 使用新式 QDK，可以编写 Q# 量子程序、调试代码、获取实时代码反馈以及选择计算机 target 。 新式 QDK 是唯一可用于 Fault-Tolerant 量子计算 (FTQC) 的开发工具包。

注意

2024 年 6 月 30 日之后将不再支持 Microsoft Quantum Development Kit (经典 QDK) 。 如果你是现有的 QDK 开发人员，我们建议你过渡到新的 Azure Quantum Development Kit (新式 QDK) ，以继续开发量子解决方案。 有关详细信息，请参阅 将 Q# 代码迁移到新式 QDK。

新式 QDK 提供两种在 Azure Quantum 上运行量子程序的方法：

除了支持 Q# 外，QDK 还支持 Qiskit 和 Cirq 进行量子计算，因此，如果你已经在使用其他开发语言，还可以在 Azure Quantum 上运行线路。

注意

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

什么是混合量子计算？

混合量子计算是指传统计算机和量子计算机共同解决问题的过程和体系结构。 借助 Azure Quantum 中提供的最新一代混合量子计算体系结构，你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。

  • 批处理量子计算：将多个线路批处理到一个作业中可以消除作业提交之间的等待，从而可以更快地运行多个作业。 可以利用批量量子计算的问题示例包括 Shor 算法和简单的量子相位估计。
  • 交互式量子计算 (会话) ：作业可以逻辑分组到一个会话中，并优先于非会话作业。 可以使用此方法的问题示例包括变体量子特征 (VQE) 和量子近似优化算法 (QAOA) 。
  • 集成量子计算：通过集成量子计算和经典计算，量子程序可以摆脱单纯的电路。 程序现在可以使用常见的编程构造来执行中间线路测量、优化和重用量子比特，以及实时适应 QPU。 可以利用此模型的方案示例包括自适应相位估计和机器学习。
  • 分布式量子计算：分布式量子计算模型支持跨量子和分布式资源进行实时计算。 可以利用此模型的方案示例包括复杂材料建模或完全氧化反应的评估。

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，资源估计是理解资源的能力，即给定算法所需的量子比特数、量子门数、处理时间等，假设 (或采用作为参数) 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，以便在将来缩放的量子计算机上运行，并最终加速其量子影响。

Azure Quantum 资源估算器专为缩放量子容错纠错系统而设计，可用于评估体系结构决策、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、量子纠错 (QEC) 代码、误差预算 和其他参数 ）来计算布局后的物理资源估计。 它采用 Quantum Intermediate Representation (QIR) 程序作为输入，因此支持任何翻译为 QIR 的语言，例如，可以将 Azure Quantum 资源估算器与 Q# 和 Qiskit 配合使用。

显示资源估算器提供的组件和相应的自定义项的关系图。提供的内容包括应用程序输入、编译工具、QIR、QEC 模型、量子比特模型和分析。客户可以引入应用程序、编译或优化工具、QIR 代码、QEC 模型、量子比特参数以及分析和可视化工具。

Azure Quantum 上可用的提供程序

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：可动态重新配置的离子捕获量子计算机，最多可为 11 个完全连接的量子比特，使你可以在任意对之间运行双量子比特门。
  • PASQAL (个人预览版) ：基于原子的中性量子处理器在常温下运行，具有较长的一致性时间和令人印象深刻的量子比特连接性。
  • Quantinuum：具有高保真、完全连接的量子比特、低错误率、量子比特重用以及执行中间线路测量的能力的捕获离子系统。
  • Rigetti：Rigetti 的系统由基于超导量子比特的量子处理器提供支持。 它们提供快速入口时间、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。

提供商即将推出

  • 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。

后续步骤

开始使用 Azure Quantum：