Co je Azure Quantum?

  • Článek

Azure Quantum je cloudová kvantová výpočetní služba Azure s různorodou sadou kvantových řešení a technologií. Azure Quantum zajišťuje otevřenou, flexibilní a budoucí cestu ke kvantovým výpočtům, která se přizpůsobí vašemu způsobu práce, zrychluje váš pokrok a chrání vaše investice do technologií.

Azure Quantum poskytuje nejlepší vývojové prostředí pro vytváření kvantových algoritmů pro více platforem najednou při zachování flexibility při ladění stejných algoritmů pro konkrétní systémy. Kód můžete napsat jednou a spustit ho s malou nebo žádnou změnou oproti více targets členům stejné rodiny, což vám umožní zaměřit programování na úrovni algoritmu.

Další informace o používání kvantových výpočtů a kvantových algoritmů najdete v tématu Principy kvantových výpočtů.

Jak začít používat Azure Quantum?

Existují různé způsoby, jak začít s Azure Quantum. Můžete začít prozkoumáním webu Azure Quantum nebo můžete vytvořit svůj první pracovní prostor Azure Quantum.

Web Azure Quantum

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) je centrální prostředek pro zkoumání kvantových výpočtů. Můžete se zapojit do služby Copilot v Azure Quantum, chatovacím robotu zaměřeném na kvantovou technologii, který vám pomůže psát kód a lépe porozumět kvantovým konceptům. Můžete se také učit od odborníků a nadšenců prostřednictvím blogů, článků a videí.

Vyzkoušejte ukázky kódu Q# v online editoru kódu, code with Azure Quantum, odešlete úlohu do cloudového emulátoru Quantinuum řady H-Series nebo jedním kliknutím v online editoru kódu otevřete kód v editoru VS Code pro web a pokračujte v práci v předkonfiguračním kvantovém prostředí.

Web Azure Quantum je zdarma a nevyžaduje účet Azure. Abyste mohli začít, potřebujete jen e-mailový účet Microsoft (MSA). Další informace najdete v tématu Prozkoumání Azure Quantum.

Azure Portal

Tip

První uživatelé automaticky získají bezplatné kredity Azure Quantumv hodnotě 500 USD pro použití u každého zúčastněného poskytovatele kvantového hardwaru. Pokud jste využili všechny kredity a potřebujete víc, můžete se přihlásit do programu Azure Quantum Credits.

Začít používat Azure Quantum je pro nové uživatele velmi snadné a bezplatné. K odeslání kvantových programů do Azure Quantum potřebujete jenom dvě věci:

  1. Účet Azure: Pokud nemáte účet Azure, zaregistrujte se zdarma a zaregistrujte si předplatné s průběžným platbou. Pokud jste student, můžete využít bezplatný účet Azure pro studenty.

  2. Pracovní prostor Azure Quantum: Pracovní prostor Azure Quantum je kolekce prostředků přidružených ke spuštění služby Quantum. Pokud chcete vytvořit pracovní prostor Azure Quantum, přejděte na Azure Portal, vyberte Rychlé vytvoření a automaticky vytvoří pracovní prostor a přidá výchozí zprostředkovatele. Nebo vyberte Vytvořit předem, zadejte podrobnosti o pracovním prostoru a zvolte poskytovatele.

Další informace najdete v tématu Vytvoření pracovního prostoru Azure Quantum.

Co je Q#?

Q# je opensourcový kvantový programovací jazyk pro vývoj a spouštění kvantových programů.

Kvantový program lze považovat za konkrétní sadu klasických podprogramů, které při zavolání provádějí výpočty interakcí s kvantovým systémem; Program napsaný v jazyce Q# nemodeluje přímo kvantový stav, ale spíše popisuje, jak klasický řídicí počítač komunikuje s qubity. To vám umožní být zcela nezávislí na tom, jaký kvantový stav je na každém target počítači, což může mít různé interpretace v závislosti na počítači.

Q# je samostatný jazyk, který nabízí vysokou úroveň abstrakce. Neexistuje žádná představa kvantového stavu nebo okruhu; Místo toho Q# implementuje programy z hlediska příkazů a výrazů, podobně jako klasické programovací jazyky. Jazyk Q# proto podporuje integraci bohatých klasických a kvantových výpočtů.

Další informace najdete v tématu Kvantový programovací jazyk Q#.

Jak můžu psát kvantové programy v jazyce Q#?

Azure Quantum nabízí Azure Quantum Development Kit (moderní QDK). Pomocí moderní sady QDK můžete psát kvantové programy v Q#, ladit kód, získávat zpětnou vazbu ke kódu v reálném čase a zvolit si svůj target počítač. Moderní sada QDK je jedinou vývojovou sadou připravenou pro Fault-Tolerant quantum computing (FTQC).

Poznámka

Po 30. červnu 2024 už nebude podporována sada Microsoft Quantum Development Kit (Classic QDK). Pokud jste stávající vývojář QDK, doporučujeme přejít na novou verzi Azure Quantum Development Kit (moderní QDK), abyste mohli pokračovat ve vývoji kvantových řešení. Další informace najdete v tématu Migrace kódu jazyka Q# do moderní sady QDK.

Moderní sada QDK nabízí dva způsoby spouštění kvantových programů v Azure Quantum:

Kromě podpory pro Q# nabízejí sady QDK podporu pro Qiskit a Cirq pro kvantové výpočty, takže pokud už pracujete v jiných vývojových jazycích, můžete své okruhy spouštět také v Azure Quantum.

Poznámka

Ke spouštění místních kvantových programů na poskytovatelích Azure Quantum se vyžaduje pracovní prostor Azure Quantum. Další informace najdete v tématu Vytvoření pracovního prostoru Azure Quantum.

Co je hybridní kvantové výpočty?

Hybridní kvantový computing označuje procesy a architekturu klasického počítače a kvantového počítače, který spolupracuje na řešení problému. S nejnovější generací architektury hybridního kvantového computingu dostupnou v Azure Quantum můžete začít s programováním kvantových počítačů kombinováním klasických a kvantových instrukcí.

  • Dávkové kvantové výpočty: Dávkování více okruhů do jedné úlohy eliminuje čekání mezi odesláními úloh, což vám umožní spouštět více úloh rychleji. Mezi příklady problémů, které mohou využít dávkové kvantové výpočty, patří Shorův algoritmus a jednoduchý odhad kvantové fáze.
  • Interaktivní kvantové výpočty (relace): Úlohy je možné logicky seskupit do jedné relace a určit prioritu před úlohami, které nejsou relacemi. Příklady problémů, které mohou použít tento přístup, jsou variační kvantové Eigensolvers (VQE) a kvantové přibližné optimalizace algoritmy (QAOA).
  • Integrované kvantové výpočty: Díky integraci kvantových a klasických výpočtů se kvantové programy můžou odklánět od pouhých obvodů. Programy teď můžou pomocí běžných programovacích konstruktorů provádět měření středního okruhu, optimalizovat a opakovaně používat qubity a přizpůsobovat se V reálném čase QPU. Příklady scénářů, které můžou tento model využít, jsou adaptivní odhad fází a strojové učení.
  • Distribuované kvantové výpočty: Distribuovaný kvantový model umožňuje výpočty napříč kvantovými a distribuovanými prostředky v reálném čase. Příklady scénářů, které mohou tento model využít, jsou modelování složitých materiálů nebo vyhodnocení úplných katalytických reakcí.

Další informace najdete v tématu Hybridní kvantové výpočty.

Odhad prostředků v kvantových výpočtech

V kvantových výpočtech je odhad prostředků schopnost porozumět prostředkům, tj. počtu qubitů, počtu kvantových bran, času zpracování atd., které budou pro daný algoritmus vyžadovány za předpokladu (nebo jako parametrů) určitých vlastností hardwaru. Pochopení počtu qubitů potřebných pro kvantové řešení a rozdílů mezi technologiemi qubitů umožňuje inovátorům připravit a zpřesnit jejich kvantová řešení tak, aby běžela na budoucích škálovaných kvantových počítačích a nakonec urychlila jejich kvantový dopad.

Nástroj Azure Quantum Resource Estimator navržený speciálně pro škálované kvantové systémy odolné proti chybám umožňuje vyhodnotit rozhodnutí o architektuře, porovnat qubitové technologie a určit prostředky potřebné k provedení daného kvantového algoritmu. Můžete si vybrat z předdefinovaných protokolů odolných proti chybám a zadat předpoklady základního modelu fyzických qubitů.

Nástroj Azure Quantum Resource Estimator vypočítá odhad fyzických prostředků po rozložení tím, že bere v úvahu sadu vstupů, jako jsou parametry qubitu, kód opravy kvantových chyb (QEC), rozpočet chyb a další parametry . Jako vstup přijímá Quantum Intermediate Representation program (QIR), a proto podporuje jakýkoli jazyk, který se překládá na QIR. Můžete například použít Azure Quantum Resource Estimator s Q# a Qiskit.

Diagram znázorňující komponenty poskytované nástrojem Resource Estimator a odpovídající přizpůsobení Poskytované aspekty jsou Application Input, Compilation Tools, QIR, QEC models, Qubit models a Analysis. Zákazník může přinést aplikační program, nástroje pro kompilaci nebo optimalizaci, kód QIR, modely QEC, parametry Qubitu a nástroje pro analýzu a vizualizaci.

Poskytovatelé, kteří jsou k dispozici v Azure Quantum

Azure Quantum nabízí některé z nejpřesvědčivějších a nejrozmanitějších kvantových prostředků, které jsou dnes k dispozici od vedoucích pracovníků v oboru. Azure Quantum v současné době spolupracuje s následujícími poskytovateli, kteří vám umožní spouštět kvantové programy v Q# na skutečném hardwaru a možnost testovat kód na simulovaných kvantových počítačích.

Vyberte poskytovatele, který nejlépe vyhovuje charakteristikám vašeho problému a vašim potřebám.

  • IONQ: Dynamicky rekonfigurovatelné kvantové počítače s zachycenými ionty pro až 11 plně připojených qubitů, které umožňují spustit dvou qubitovou bránu mezi libovolným párem.
  • PASQAL (Private Preview): Neutrální kvantové procesory založené na atomech pracující při pokojové teplotě s dlouhou dobou soudržnosti a působivým připojením qubitu.
  • Quantinuum: Zachycené iontové systémy s vysokou věrností, plně připojenými qubity, nízkou mírou chyb, opětovným použitím qubitů a schopností provádět měření mezi okruhy.
  • Rigetti: Systémy společnosti Rigetti jsou poháněny supervodivými kvantovými procesory založenými na qubitech. Nabízejí rychlé doby brány, podmíněnou logiku s nízkou latencí a rychlé spouštění programů.

Další informace o specifikacích jednotlivých zprostředkovatelů najdete v úplném seznamu kvantových výpočtůtarget.

Připravujeme poskytovatele

  • Quantum Circuits, Inc: Kompletní supervodivé obvody s zpětnou vazbou v reálném čase, která umožňuje opravu chyb a propletení bran nezávislých na kódování.

Další kroky

Začněte používat Azure Quantum: