什麼是 Azure Quantum？

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Azure Quantum 是 Azure 雲端量子運算服務，具有各式各樣的量子解決方案和技術組合。 Azure Quantum 可確保量子運算的開放、彈性和未來證明路徑，可適應您的工作方式、加速您的進度，以及保護您的技術投資。

Azure Quantum 提供最佳的開發環境，一次為多個平臺建立量子演算法，同時保留針對特定系統調整相同演算法的彈性。 您可以撰寫程式代碼一次，並針對多個 targets 相同的系列執行程式代碼，幾乎不需要變更，這可讓您將程式設計焦點放在演算法層級。

若要深入了解如何使用量子計算和量子演算法，請參閱了解量子運算。

如何開始使用 Azure Quantum？

有不同方式可以開始使用 Azure Quantum。 您可以從探索 Azure Quantum 網站開始，也可以建立您的第一個 Azure Quantum 工作區。

Azure Quantum 網站

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) 是探索量子運算的中央資源。 您可以在 Azure Quantum 中與 Copilot 互動，這是以量子為主的聊天機器人，可協助您撰寫程式代碼並進一步瞭解量子概念。 您也可以透過部落格、文章和影片，向專家和愛好者學習。

在在線程式代碼編輯器中試用 Q# 程式代碼範例： 使用 Azure Quantum 撰寫程式代碼、將您的作業提交至雲端式 Quantinuum H 系列模擬器，或在在線程式代碼編輯器中單擊一下，在 Web 的 VS Code 中開啟程式代碼，並繼續在預先設定的量子環境中工作。

Azure Quantum 網站是免費的，不需要 Azure 帳戶。 若要開始使用，您只需要 Microsoft (MSA) 電子郵件帳戶。 如需詳細資訊，請參閱 探索 Azure Quantum。

Azure 入口網站

提示

第一次用戶會自動取得 免費 $500 (USD) Azure Quantum 點數 ，以便與每個參與的量子硬體提供者搭配使用。 如果您已使用所有點數，但還需要更多，可以申請 Azure Quantum 點數方案。

開始使用 Azure Quantum 非常簡單且免費的新使用者。 若要將您的量子程式提交至 Azure Quantum，您只需要兩件事：

  1. Azure 帳戶：如果您沒有 Azure 帳戶，請免費註冊並註冊 隨用隨付訂用帳戶。 如果您是學生，您可以利用 免費的 Azure 帳戶供學生使用。

  2. Azure Quantum 工作區：Azure Quantum 工作區是與執行量子相關聯的資產集合。 若要建立 Azure Quantum 工作區，請移至 Azure 入口網站，選取 [快速建立]，並自動建立工作區並新增預設提供者。 或選取 [進階建立]，然後輸入工作區的詳細數據，然後選擇提供者。

如需詳細資訊，請參閱建立 Azure Quantum 工作區。

什麼是 Q#？

Q# 是開放原始碼量子程式設計語言，可用於開發和執行量子程式。

量子程式可視為一組特定的傳統子程式，在呼叫時，透過與量子系統互動來執行計算;以 Q# 撰寫的程式不會直接建立量子狀態的模型，而是描述傳統控件計算機如何與量子位互動。 這可讓您完全 瞭解量子狀態 ，即使是在每 target 部計算機上，它們可能根據機器有不同的解譯。

Q# 是提供高階抽象概念的獨立語言。 沒有量子狀態或電路的概念;相反地，Q# 會根據語句和表達式來實作程式，就像傳統程式設計語言一樣。 因此，Q# 語言支援整合豐富的傳統和量子運算。

如需詳細資訊，請參閱 量子程式設計語言 Q#。

如何撰寫 Q# 量子程式？

Azure Quantum 提供 Azure Quantum Development Kit (Modern QDK) 。 使用新式 QDK，您可以撰寫 Q# 量子程式、對程式代碼進行偵錯、取得即時程式代碼意見反應，然後選擇您的電腦 target 。 新式 QDK 是唯一可供 Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC) 的開發工具包。

注意

2024 年 6 月 30 日之後，將不再支援 Microsoft Quantum Development Kit (傳統 QDK) 。 如果您是現有的 QDK 開發人員，建議您轉換至新的 Azure Quantum Development Kit (Modern QDK) ，以繼續開發量子解決方案。 如需詳細資訊，請參閱 將 Q# 程式代碼移轉至新式 QDK。

新式 QDK 提供兩種方式，可在 Azure Quantum 上執行量子程式：

除了支援 Q# 之外，QDK 也支援 Qiskit 和 Cirq 進行量子運算，因此如果您已經在其他開發語言中工作，您也可以在 Azure Quantum 上執行線路。

注意

您必須有 Azure Quantum 工作區，才能在 Azure Quantum 提供者上執行本機量子程式。 如需詳細資訊，請參閱建立 Azure Quantum 工作區。

什麼是混合式量子運算？

混合式量子運算是指傳統計算機的程序和架構，以及一起運作以解決問題的量子計算機。 透過 Azure Quantum 中提供的最新一代混合式量子運算架構，您可以將傳統和量子指令混合在一起，開始設計量子計算機。

  • 批次量子運算：將多個線路批處理成一個作業，可消除作業提交之間的等候，讓您能夠更快速地執行多個作業。 可以利用批次量子運算的問題範例包括 Shor 的演算法和簡單的量子階段估計。
  • 互動式量子運算 (工作階段) ：作業可以邏輯方式分組成一個會話，並優先處理非會話作業。 使用此方法的問題範例包括變化 Quantum Eigensolvers (VQE) 和量子近似優化演算法 (QAOA) 。
  • 整合式量子運算：藉由整合量子和傳統運算，量子程式可以離開單純的電路。 程式現在可以使用常見的程式設計建構來執行中間電路測量、優化和重複使用量子位，以及實時適應 QPU。 可以利用此模型的案例範例包括調適型階段估計和機器學習。
  • 分散式量子運算：分散式量子運算模型可跨量子和分散式資源進行實時計算。 可以利用此模型之案例的範例是複雜的材質模型化或完整回應評估。

如需詳細資訊，請參閱 混合式量子運算。

量子運算中的資源估計

在量子運算中，資源估計是了解資源的能力，也就是量子位數目、量子網關數目、處理時間等，這是給定演算法所需的資源數目，假設 (或採用作為特定硬體特性) 參數。 瞭解量子解決方案所需的量子位數目，以及量子位技術之間的差異，可讓專家準備和精簡其量子解決方案，以在未來調整的量子機器上執行，最終加速其量子影響。

Azure Quantum Resource Estimator 專為調整的量子容錯容錯錯誤更正系統而設計，可讓您評估架構決策、比較量子位技術，以及判斷執行指定量子演算法所需的資源。 您可以選擇預先定義的容錯通訊協定，並指定基礎實體量子位模型的假設。

Azure Quantum 資源估算器會採用一組輸入，例如量子位參數、量子錯誤修正 (QEC) 程式代碼、錯誤預算 和其他參數 來計算配置後實體資源估計。 它會 (Quantum Intermediate Representation QIR) 程式作為輸入，因此支援任何翻譯為 QIR 的語言，例如，您可以使用 Azure Quantum Resource Estimator 搭配 Q# 和 Qiskit。

此圖顯示資源估算器和對應自定義所提供的元件。提供層面包括應用程式輸入、編譯工具、QIR、QEC 模型、量子位模型和分析。客戶可以帶入應用程式程式、編譯或優化工具、QIR 程式代碼、QEC 模型、量子位參數，以及分析和視覺效果工具。

Azure Quantum 上提供的提供者

Azure Quantum 提供目前業界領袖所提供一些最吸引人的多樣化量子資源。 Azure Quantum 目前與下列提供者合作，讓您可以在實際的硬體上執行 Q# 量子程式，以及選擇是否在模擬的量子電腦上測試程式碼。

選擇最適合您問題特性及符合您需求的提供者。

  • IONQ：最多 11 部完全連接的量子位，動態重新設定可截獲的電光量子計算機，可讓您在任何配對之間執行雙量子位網關。
  • PASQAL (私人預覽版) ：中性 Atom 型量子處理器會在室內溫度運作，具有很長的一致性時間和令人驚豔的量子位聯機能力。
  • Quantinuum：具有高精確度、完全連接的量子位、低誤差率、量子位重複使用，以及執行中電路測量的能力的截獲電電系統。
  • Rigetti：Rigetti 的系統是由超導量子位型量子處理器所提供。 它們提供快速閘道時間、低延遲的條件式邏輯，以及快速的程式運行時間。

如需每個提供者規格的詳細資訊，請參閱完整的 Quantum 運算 target 清單。

即將推出提供者

  • Quantum Circuits， Inc： Full-stack superconducting circuits， with real-time feedback that enables error correction， encoding-agnostic entangling gates.

後續步驟

開始使用 Azure Quantum：