Поделиться через

Что такое Azure Quantum?

  • Статья

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 запустить его без изменений в нескольких из одной targets семьи, 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

Приступить к работе с Azure Quantum можно различными способами. 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, квантовым чат-ботом, который помогает писать код и лучше понимать квантовые понятия. Вы также можете узнать от экспертов и энтузиастов через блоги, статьи и видео.

Попробуйте примеры кода Q# в редакторе кода в Интернете, код с помощью Azure Quantum, отправьте задание в облачную эмулятор H-серии Quantinuum H или с одним щелчком в редакторе веб-кода, откройте код в VS Code для Интернета и продолжайте работать в предварительно настроенной квантовой среде.

Веб-сайт Azure Quantum бесплатно ине требует учетной записи Azure. Чтобы приступить к работе, вам потребуется учетная запись электронной почты Майкрософт (MSA). Дополнительные сведения см. в статье "Обзор Azure Quantum".

Портал Azure

Совет

При первом запуске пользователи автоматически получают бесплатныекредиты Azure Quantum Credits для использования с каждым участвующим квантовым поставщиком 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 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 зависят от того, какое квантовое состояние даже находится на каждом target компьютере, которое может иметь разные интерпретации в зависимости от компьютера.

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

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

Как писать квантовые программы Q#?

Azure Quantum предлагает Azure Quantum Development Kit (современный QDK). С помощью современного QDK можно написать квантовые программы Q#, отладить код, получить отзыв о коде в режиме реального времени и выбрать компьютер target . Современный QDK — единственный комплект средств разработки, готовый к отказоустойчивым квантовым вычислениям (FTQC).

Примечание.

Microsoft Quantum Development Kit (классический QDK) больше не будет поддерживаться после 30 июня 2024 года. Если вы являетесь разработчиком QDK, рекомендуется перейти на новый Azure Quantum Development Kit (современный QDK) для продолжения разработки квантовых решений. Дополнительные сведения см. в разделе "Перенос кода Q# на современный QDK".

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

  • Разработка в Интернете: напишите квантовый код в редакторе кода в Интернете и в Visual Studio Code для Интернета.
  • Локальная разработка. Установите современное расширение QDK для Visual Studio Code и напишите квантовый код локально. Дополнительные сведения см. в статье об установке современного QDK.

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

Примечание.

Для запуска локальных квантовых программ в поставщиках Azure Quantum требуется рабочая область 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 квантовому компьютеру, работающему вместе для решения проблемы. Благодаря последнему поколению архитектуры гибридных квантовых вычислений, доступной в Azure Quantum, можно начать программирование квантовых компьютеров, смешивая классические и квантовые инструкции вместе.

  • Пакетные квантовые вычисления: пакетная обработка нескольких каналов в одно задание устраняет ожидание между отправками заданий, что позволяет ускорить выполнение нескольких заданий. Примеры проблем, которые могут воспользоваться пакетными квантовыми вычислениями, включают алгоритм Shor и простую квантовую оценку фазы.
  • Интерактивные квантовые вычисления (сеансы): задания можно сгруппировать логически в один сеанс и определить приоритеты по сравнению с заданиями, не являющихся сеансами. Примерами проблем, которые могут использовать этот подход, являются вариантные квантовые Eigensolvers (VQE) и квантовые приблизительные алгоритмы оптимизации (QAOA).
  • Интегрированные квантовые вычисления: интеграция квантовых и классических вычислений, квантовые программы могут уйти от просто каналов. Теперь программы могут использовать распространенные конструкции программирования для выполнения измерений среднего канала, оптимизации и повторного использования кубитов и адаптации в режиме реального времени к QPU. Примеры сценариев, которые могут воспользоваться этой моделью, — адаптивная оценка этапов и машинное обучение.
  • Распределенные квантовые вычисления: распределенная модель квантовых вычислений обеспечивает вычисления в реальном времени в квантовых и распределенных ресурсах. Примеры сценариев, которые могут воспользоваться этой моделью, являются сложным моделированием материалов или оценкой полных каталитических реакций.

Дополнительные сведения см. в статье "Гибридные квантовые вычисления".

Оценка ресурсов в квантовых вычислениях

В квантовых вычислениях оценка ресурсов — это способность понять ресурсы, то есть количество кубитов, количество квантовых шлюзов, время обработки и т. д., которое потребуется для заданного алгоритма, предполагая (или принимая в качестве параметров) определенные аппаратные характеристики. Понимание количества кубитов, необходимых для квантового решения, и различия между технологиями кубитов позволяют новаторам подготовить и уточнить свои квантовые решения для работы на будущих масштабируемых квантовых машинах и в конечном итоге ускорить их квантовое влияние.

Разработан специально для масштабируемых квантовых отказоустойчивых систем, исправляемых ошибок, средство оценки ресурсов Azure Quantum Позволяет оценивать архитектурные решения, сравнивать технологии кубитов и определять ресурсы, необходимые для выполнения заданного квантового алгоритма. Вы можете выбрать из предварительно определенных протоколов отказоустойчивости и указать предположения базовой физической модели кубита.

Оценка ресурсов Azure Quantum Resource Estimator вычисляет оценку физических ресурсов после макета, принимая набор входных данных, таких как параметры кубита, код исправления квантовых ошибок (QEC), бюджет ошибки и другие параметры в учет. Она принимает Quantum Intermediate Representation программу QIR в качестве входных данных и, следовательно, поддерживает любой язык, который преобразуется в QIR , например, вы можете использовать средство оценки ресурсов Azure Quantum с Q# и Qiskit.

Схема, показывающая компоненты, предоставляемые оценщиком ресурсов и соответствующими настройками. Предоставленные аспекты: входные данные приложения, средства компиляции, QIR, модели QEC, модели Кубита и анализ. Клиент может принести программу приложений, средства компиляции или оптимизации, код QIR, модели QEC, параметры Кубита и 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 перенастройка перенастройки квантовых компьютеров с ловушками для до 11 полностью подключенных кубитов, что позволяет запускать двухкубитные шлюзы между любой парой.
  • PASQAL (частная предварительная версия): нейтральные квантовые процессоры на основе атомов, работающие при комнатной температуре, с длительным временем согласованности и впечатляющим подключением кубитов.
  • Quantinuum: системы с высоким уровнем точности, полностью подключенные кубиты, низкие частоты ошибок, повторное использование кубитов и возможность выполнять измерения среднего канала.
  • Rigetti: Системы Rigetti основаны на сверхпроводниковых квантовых процессорах на основе кубитов. Они предлагают быстрые вороты, низкую задержку условной логики и время выполнения программы.

Дополнительные сведения о спецификациях каждого поставщика см. в полном списке вычислений target Quantum.

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.

Следующие шаги

Начните использовать Azure Quantum: