¿Qué es Azure Quantum?
Azure Quantum es un servicio en la nube con un conjunto diverso de tecnologías y soluciones cuánticas. Puede escribir el código una vez y ejecutarlo con poco o ningún cambio en varios destinos de la misma familia, lo que permite centrar la programación en el nivel de algoritmo.
- Un ecosistema abierto que le permite acceder a diversas soluciones, hardware y software cuántico de Microsoft y sus asociados.
- Genere un impacto cuántico hoy, con soluciones pregeneradas que se ejecutan en recursos de proceso clásicos y acelerados (también denominados soluciones de optimización).
Sugerencia
Evaluación gratuita. Si no tiene una suscripción a Azure, puede crear una cuenta gratuita antes de empezar. Microsoft ofrece hasta 10 000 USD en créditos para su uso en hardware cuántico. Después de que se agoten los créditos, puede mantener la cuenta y usar los servicios gratuitos de Azure. No se le realizará ningún cargo en su tarjeta de crédito a menos que cambie explícitamente la configuración y lo solicite. Puede solicitar participar en el programa de créditos de Azure Quantum.
Los componentes de Azure Quantum
Azure Quantum le ofrece dos rutas principales de soluciones cuánticas:
- Computación cuántica: aprenda, experimente y cree prototipos con diversos proveedores de hardware cuántico para ayudarle a prepararse para el futuro de las máquinas cuánticas escaladas. A diferencia de otras soluciones, no se aísla en una sola tecnología de hardware y se beneficia de un enfoque de pila completa que protege sus inversiones a largo plazo.
- Optimización: desarrolle soluciones que le ayuden a reducir el costo operativo en una amplia gama de campos, como finanzas, costos de energía, administración de flotas, programación, etc.
Con Azure Quantum y el conjunto de herramientas del kit de desarrollo de Quantum, podrá programar sus algoritmos cuánticos y soluciones de optimización y, a continuación, aplicar esas soluciones cuánticas dentro de la plataforma de Azure existente para lograr impactos reales incluso antes del desarrollo de un equipo cuántico de uso general.
¿A quién está dirigido Azure Quantum?
Azure Quantum es para individuos y equipos que desean dar un paso adelante y poner el cálculo cuántico en producción.
Soluciones del sector
Para las empresas, la incorporación de soluciones de tipo cuántico puede ayudarles a ser más competitivas y estar a la vanguardia de la innovación. Si desea crear soluciones sectoriales o industriales y busca soluciones para el ahorro de costos a largo plazo, Azure Quantum es la mejor ruta para aplicar las tecnologías de optimización más recientes. Azure Quantum ofrece las ventajas de los recursos cuánticos más diversos que hay disponibles actualmente, con aplicaciones en una amplia variedad de sectores.
Para más información sobre cómo se pueden resolver los problemas de la vida real con Azure Quantum y aplicaciones cuánticas, consulte los casos prácticos siguientes.
Desarrolladores
Como desarrollador, usará herramientas de programación conocidas para crear aplicaciones cuánticas, como Python o Visual Studio Code, y al mismo tiempo aprenderá a usar y escribir código cuántico en Q#, un lenguaje de programación centrado en la computación cuántica. Con Azure Quantum y el kit de desarrollo de Quantum, los desarrolladores pueden explorar la programación cuántica y obtener más información sobre aplicaciones cuánticas, tales como búsqueda de datos, aprendizaje automático cuántico o soluciones de optimización.
Investigadores
Como investigador, Azure Quantum puede ayudarle a simular de forma eficaz sistemas cuánticos para probar sus algoritmos cuánticos y sus teorías, tales como la superconductividad y las formaciones moleculares complejas. Azure Quantum le permite aprender, compilar e implementar soluciones de impacto a escala, y le ayuda a aprovechar la computación cuántica y beneficiarse de las innovaciones más recientes.
Para más información sobre los recursos de investigación y las oportunidades profesionales, consulte el área de investigación sobre computación cuántica de Microsoft. Además, Azure Quantum es una excelente herramienta para enseñar la computación cuántica y la aplicación cuántica. Puede solicitar participar en el programa de créditos de Azure Quantum.
Aficionados a lo cuántico
Si es un estudiante o un entusiasta de lo cuántico, Azure Quantum hará crecer su interés en la computación cuántica. Ampliará sus conocimientos gracias al acceso al conjunto más diverso de tecnologías cuánticas, aprenderá los conceptos básicos de la computación cuántica y el lenguaje de programación cuántico Q#, y descubrirá las áreas en las que los equipos cuánticos pueden tener un gran impacto.
Por qué usar la computación cuántica
Los equipos cuánticos aprovechan el comportamiento único de la física cuántica, como la superposición, el entrelazamiento y la interferencia cuántica, y lo aplican a la computación. Esto incorpora nuevos conceptos a los métodos de programación tradicionales. Los efectos cuánticos permiten a los equipos cuánticos calcular exponencialmente más información y resolver problemas más complicados. Cuando se diseñan para escalar, los sistemas cuánticos tendrán funcionalidades que superan los superequipos más eficaces de hoy en día.
Con Azure Quantum, puede usar las ventajas de la computación cuántica hoy, en un ecosistema de nube abierta de pila completa con acceso a software, hardware y soluciones precompiladas. Azure Quantum ofrece dos tipos de soluciones: optimización y computación cuánticas.
Computación cuántica
Si el objetivo es simular problemas mecánicos cuánticos, como las reacciones químicas, reacciones biológicas o formaciones de material, los equipos cuánticos funcionan excepcionalmente bien porque usan fenómenos cuánticos en su cálculo. Los equipos cuánticos también pueden ayudar a acelerar el progreso en diversas áreas, como los servicios financieros, el aprendizaje automático y las búsquedas de datos no estructurados, en las que se necesitan muchos cálculos.
Con Azure Quantum, investigadores y empresas pueden usar la computación cuántica para modelar escenarios complejos en áreas como administración de riesgos, ciberseguridad, análisis de redes, desarrollo de tratamientos o ciencia de materiales. Para más información sobre cómo se puede usar la computación cuántica y los algoritmos cuánticos, consulte Descripción de la computación cuántica.
Optimization
La optimización es el proceso de encontrar la mejor solución para un problema, según el resultado deseado y las restricciones existentes. Existen problemas de optimización complejos en todo el sector; por ejemplo: las rutas de vehículos, la administración de cadenas de suministro, la programación, la optimización de carteras, la administración de la red eléctrica y muchos más. Al resolver estos problemas reales, se generan ventajas de alto valor, como costos reducidos, procesos acelerados o riesgos reducidos.
En Azure Quantum, ya puede implementar problemas de optimización para que se ejecuten en diversas soluciones de hardware clásico, como CPU, FPGA, GPU o hardware personalizado, más rápido que muchas otras técnicas de optimización clásicas.
Por otra parte, gracias a la simulación de los efectos cuánticos en equipos clásicos, se han podido desarrollar nuevos tipos de soluciones cuánticas. Los algoritmos de optimización de inspiración cuántica aprovechan algunas de las ventajas de la computación cuántica en hardware clásico, lo que proporciona más velocidad que en los enfoques tradicionales.
Azure Quantum proporciona acceso a un amplio conjunto de algoritmos de optimización de inspiración cuántica de última generación desarrollados por Microsoft y sus asociados.
Para más información sobre las soluciones de optimización en Azure Quantum, consulte ¿Qué es la optimización?
¿Qué son Q# y el kit de desarrollo de Quantum?
El kit de desarrollo de Quantum de Microsoft es un kit de desarrollo de código abierto para Azure Quantum, que permite trabajar tanto en línea con el servicio como sin conexión. El QDK incluye el lenguaje de programación cuántico Q#, un lenguaje de programación de alto nivel que le permite centrarse en el trabajo en el nivel de algoritmo y aplicación para crear programas cuánticos.
Quantum Development Kit
El QDK ofrece un conjunto de herramientas que le ayudarán en el proceso de desarrollo de software cuántico:
- Bibliotecas listas para usar para ayudarle a mantener el código de alto nivel, incluidas las bibliotecas "estándar" que implementan patrones comunes para una gran cantidad de algoritmos cuánticos y bibliotecas específicas del dominio, como la química y el aprendizaje automático.
- Simuladores de computación cuántica, para que pueda ejecutar una pequeña instancia del programa y ver lo que hace sin acceso real al hardware.
- Simuladores de ruido que permiten simular el comportamiento de los programas de Q# bajo la influencia de ruido y la representación del estabilizador.
- Un estimador de recursos que proporciona costos reales para ejecutar las soluciones, por ejemplo, cuántos bits cuánticos necesita y cuánto tiempo va a tardar el programa.
El kit de desarrollo de Quantum incluye extensiones para Visual Studio y Visual Studio Code e integración con cuadernos de Jupyter.
El kit de desarrollo de Quantum admite la interoperabilidad con Python y otros lenguajes .NET. También puede formular soluciones de optimización con el paquete de optimización de Azure Quantum para Python. A medida que evolucionan los sistemas cuánticos, el código evoluciona.
Como característica adicional, el QDK admite la integración con Qiskit y Cirq, por lo que los desarrolladores cuánticos que ya trabajan en otros lenguajes de desarrollo también pueden ejecutar sus programas en Azure Quantum.
El lenguaje de programación cuántica Q#
¿Por qué un lenguaje de programación cuántica? En pocas palabras, porque quiere escribir algoritmos, no circuitos.
El lenguaje Q# permite la integración en la computación clásica y cuántica. Q# admite el flujo de control clásico general durante la ejecución de un algoritmo. Esto permite una expresión limpia de algoritmos adaptables que son difíciles de expresar directamente en el modelo de circuitos de una secuencia fija de puertas cuánticas.
El lenguaje Q# no especifica si los cúbits son lógicos o físicos. Esto lo puede decidir el entorno de ejecución cuando se ejecuta el algoritmo. Del mismo modo, el tiempo de ejecución decide la asignación de una variable de cúbit de un programa a un cúbit físico o lógico real, y esa asignación se puede aplazar hasta que se conozca la topología y otros detalles del dispositivo de destino. El entorno de ejecución es responsable de determinar una asignación que permita que el algoritmo se ejecute, incluida cualquier transferencia de estado del cúbit y la asignación necesaria durante la ejecución.
Puede usar Q# de forma independiente, en cuadernos y en la línea de comandos, o bien usar un lenguaje host como Python o C#.
Flujo de trabajo del desarrollo de software cuántico
El kit de desarrollo de Quantum es el kit de desarrollo para el lenguaje de programación cuántica Q#, y Azure Quantum es la plataforma de nube cuántica.
En el diagrama siguiente se muestran las fases por las que pasa un programa cuántico desde una idea a una implementación completa en Azure Quantum, y las herramientas que ofrece el QDK para cada fase.
Escritura del código cuántico. Puede crear el programa de Q# mediante las extensiones del QDK para Visual Studio, Visual Studio Code o Jupyter Notebook.
Uso de bibliotecas para mantener el código genérico. Las bibliotecas cuánticas le ayudarán a mantener el código genérico y hacen gran parte del trabajo pesado de la implementación para que pueda centrarse en la lógica de los algoritmos.
Integración con software clásico. El kit de desarrollo de Quantum permite integrar programas de Q# con Python y .NET, para que un desarrollador de software cuántico pueda aprovechar muchos de los avances realizados en la computación clásica en los últimos 70 años.
Ejecución del código cuántico en la simulación. Una vez que haya escrito el programa, querrá usar simuladores cuánticos (programas clásicos que simulan el comportamiento de un sistema cuántico) para que pueda ejecutar una pequeña instancia del programa y ver lo que hace sin necesidad de acceso al hardware real.
Estimación de los recursos. Antes de ejecutar su programa en hardware cuántico, deberá averiguar si se puede ejecutar en el hardware existente. Puede usar estimadores de recursos de QDK para saber cuántos cúbits necesita y cuánto tiempo va a tardar el programa.
Ejecución del código en hardware cuántico. El último paso es usar Azure Quantum para ejecutar el programa en hardware cuántico.
Nota
Use el mismo código de Q# para todos los pasos del flujo de trabajo. A corto plazo, es posible que tenga que ajustar algunas partes del código para tener en cuenta las limitaciones de hardware actuales. Pero, a largo plazo, podrá cambiar de un simulador y proveedor de hardware a otro sin modificar el código.
Soluciones de nube cuántica disponibles en Azure Quantum
Una vez que haya validado que el programa es correcto y haya estimado que es adecuado para ejecutarse en el hardware al que tiene acceso, es el momento de enviar el programa a Azure Quantum. En este diagrama, se muestra el flujo de trabajo básico después de enviar el trabajo:
Azure Quantum ofrece algunos de los recursos cuánticos más atractivos y diversos disponibles actualmente por parte de los líderes del sector. Azure Quantum se ha asociado con los siguientes proveedores para permitirle ejecutar los programas cuánticos de Q# en hardware real, y darle la opción de probar el código en equipos cuánticos simulados.
Proveedores de computación cuántica
Elija el proveedor que mejor se adapte a las características de su problema y sus necesidades.
- Honeywell Quantum Solutions: sistema de iones atrapados con cúbits totalmente conectados de alta fidelidad y la capacidad de tomar medidas en el circuito medio.
- IONQ: equipo cuántico de iones atrapados reconfigurable dinámicamente hasta 11 cúbits totalmente conectados, lo que le permite ejecutar una puerta de dos cúbits entre cualquier par.
- Quantum Circuits, Inc: sistema rápido y de alta fidelidad con comentarios eficaces en tiempo real para permitir la corrección de errores.
Para más información, consulte la lista de destinos de computación de Quantum completa.
Proveedores de optimización
Para las soluciones de optimización, estos son los proveedores disponibles entre los que puede elegir:
- 1QBit: algoritmos heurísticos iterativos que usan técnicas de búsqueda para resolver problemas de QUBO.
- Microsoft QIO: conjunto de varios destinos que reformula el problema de optimización inspirado por décadas de investigación cuántica.
- Toshiba SBM: Toshiba Simulated Bifurcation Machine es una máquina de Ising con tecnología GPU que resuelve a alta velocidad problemas de optimización combinatoria a gran escala.
Para obtener más información, vea la lista de destinos de optimización completa.
Pasos siguientes
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