Wat is Azure Quantum?

Azure Quantum is een cloudservice met een diverse set kwantumoplossingen en -technologieën. U kunt uw code eenmaal schrijven en deze uitvoeren met weinig tot geen wijziging ten opzichte van meerdere doelen van dezelfde familie en stelt u in staat om uw programmering te richten op algoritmeniveau.

• Een open ecosysteem, waarmee u toegang hebt tot diverse kwantumsoftware, hardware en oplossingen van Microsoft en haar partners.
• Kwantumimpact vandaag de dag, met vooraf gebouwde oplossingen die worden uitgevoerd op klassieke en versnelde rekenbronnen (ook wel optimalisatieoplossingen genoemd).

De onderdelen van Azure Quantum

Azure Quantum biedt u twee hoofdpaden van kwantumoplossingen:

• Kwantumcomputing:leer, experimenteer en gebruik prototypen met verschillende kwantumhardwareproviders om u op weg te helpen met de toekomst van geschaalde kwantumcomputers. In tegenstelling tot andere oplossingen bent u niet gesilokt tot één hardwaretechnologie en profiteert u van een volledige stack-benadering die uw langetermijninvesteringen beschermt.
• Optimalisatie:ontwikkel oplossingen waarmee u de kosten van de bedrijfsvoering kunt verlagen in een breed scala aan velden, zoals financiën, energiekosten, vlootbeheer, planning en meer.

Met Azure Quantum en de Quantum Development Kit-toolsetkunt u uw kwantumalgoritmen en optimalisatieoplossingen programmeren en deze kwantumoplossingen vervolgens binnen het bestaande Azure-platform toepassen om nog vóór de ontwikkeling van een kwantumcomputer voor algemeen gebruik werkelijke gevolgen te bereiken.

Wie is Azure Quantum voor?

Azure Quantum is voor personen en teams die een stap vooruit willen zetten en kwantumberekening in productie willen nemen.

Oplossingen uit de branche

Voor bedrijven kan het integreren van kwantumtypeoplossingen helpen om concurrerender te zijn en een voorloper van innovatie te zijn. Als u oplossingen uit de Azure Quantum, is dit het beste pad om de nieuwste optimalisatietechnologieën toe te passen, omdat u op de lange termijn kostenbesparende oplossingen zoekt. Azure Quantum biedt de voordelen van de meest diverse kwantumresources die momenteel beschikbaar zijn met toepassingen voor een breed scala aan branches.

Zie de volgende casestudies voor meer informatie over hoe problemen in de echte wereld kunnen worden opgelost met Azure Quantum en kwantumtoepassingen.

Ontwikkelaars

Als ontwikkelaar gebruikt u vertrouwde programmeerprogramma's om kwantumtoepassingen te maken, zoals Python of Visual Studio Code, en leert u tegelijkertijd hoe u uw kwantumcode gebruikt en schrijft in Q#, een kwantumgerichte programmeertaal. Met Azure Quantum en de Quantum Development Kit kunnen ontwikkelaars kwantumprogrammering verkennen en meer leren over kwantumtoepassingen, zoals gegevens zoeken, machine learning of optimalisatieoplossingen.

Onderzoekers

Als onderzoeker kan Azure Quantum u helpen bij het testen van uw kwantumalgoritmen en theorieën, om op efficiënte wijze kwantumsystemen zoals supergeleiding en complexe moleculaire formaten te simuleren. Azure Quantum kunt u op grote schaal impactvolle oplossingen leren, bouwen en implementeren, zodat u gebruik kunt maken van kwantumcomputing en kunt profiteren van de nieuwste innovaties.

Zie het microsoft Quantum Computing-onderzoeksgebied voor meer informatie over onderzoeksresources en carrièremogelijkheden. Bovendien is Azure Quantum een geweldig hulpmiddel voor het leren van kwantumcomputing en kwantumtoepassing. U kunt zich aanmelden bij het Azure Quantum-programma Tegoed.

Kwantumsenthousiaers

Als u een student of kwantumduser bent, Azure Quantum uw interesse in kwantumcomputing zich ontwikkelen. U verbreedt uw kennis met de toegang tot de meest uiteenlopende set kwantumtechnologieën, u leert de basisbeginselen van kwantumcomputing en de kwantumprogrammeertaal Q# en ontdekt de gebieden waar kwantumcomputers grote impact kunnen maken.

Waarom kwantumcomputing gebruiken

Kwantumcomputers maken gebruik van het unieke gedrag van kwantumfysica, zoals superpositie, verstrengeling en kwantuminterentie, en passen dit toe op computing. Dit introduceert nieuwe concepten in traditionele programmeermethoden. Kwantumeffecten stellen kwantumcomputers in staat om exponentieel meer informatie te berekenen en complexere problemen op te lossen. Wanneer kwantumcomputers zijn ontworpen om te worden geschaald, hebben ze mogelijkheden die groter zijn dan de krachtigste supercomputers van dit moment.

Met Azure Quantum kunt u gebruikmaken van de voordelen van kwantumcomputing in een volledig open cloudecosysteem met toegang tot software, hardware en vooraf gebouwde oplossingen. Azure Quantum biedt twee soorten oplossingen: kwantumcomputing en optimalisatie.

Kwantumcomputing

Als u kwantummechanische problemen wilt simuleren, zoals chemische reacties, reacties met reacties uit het kwantum, of materiaal vormen, werken kwantumcomputers uitzonderlijk goed omdat ze kwantumfenomenen gebruiken in hun berekening. Kwantumcomputers kunnen ook helpen om de voortgang te versnellen op diverse gebieden, zoals financiële diensten, machine learning en ongestructureerde gegevenszoekingen, waar veel berekeningen nodig zijn.

Met Azure Quantum kunnen onderzoekers en bedrijven kwantumcomputing gebruiken om complexe scenario's te modelleren in risicobeheer, cyberbeveiliging, netwerkanalyse, gegevens zoeken, ontwikkeling van computers of materiaalwetenschappen. Zie Understanding Quantum Computing (Kwantumcomputing) voor meer informatie over het gebruik van kwantumcomputing en kwantumalgoritmen.

Optimalisatie

Optimalisatie is het proces van het vinden van de beste oplossing voor een probleem, gezien het gewenste resultaat en de gewenste beperkingen. In elke branche bestaan complexe optimalisatieproblemen: voertuigroutering, toeleveringsketenbeheer, planning, portfoliooptimalisatie, energiebeheer en nog veel meer. Het oplossen van deze problemen in de echte wereld resulteert in hoogwaardige voordelen, zoals lagere kosten, versnelde processen of verminderde risico's.

In Azure Quantum kunt u al optimalisatieproblemen implementeren om sneller te worden uitgevoerd op verschillende klassieke computing-siliconenoplossingen, zoals CPU, FPGA, GPU of aangepast siliconen dan veel andere klassieke optimalisatietechnieken.

Anderzijds heeft het simuleren van de kwantumeffecten op klassieke computers geleid tot de ontwikkeling van nieuwe typen kwantumoplossingen. Op kwantum geïnspireerde optimalisatiealgoritmen maken gebruik van enkele van de voordelen van kwantumcomputing op klassieke hardware, waardoor de traditionele benaderingen sneller worden uitgevoerd.

Azure Quantum biedt u toegang tot een breed scala aan state-of-the-art op kwantum geïnspireerde optimalisatiealgoritmen die zijn ontwikkeld door Microsoft en haar partners.

Zie Wat is optimalisatie? voor meer Azure Quantum over de optimalisatieoplossingen in de Azure Quantum.

Wat zijn Q # en de Quantum Development Kit?

De Microsoft Quantum Development Kit (QDK) is een opensource development kit voor Azure Quantum, waarmee u zowel online met de service als offline kunt werken. De QDK bevat de kwantumprogrammeringstaal Q#,een programmeertaal op hoog niveau waarmee u uw werk kunt richten op het algoritme en toepassingsniveau om kwantumprogramma's te maken.

De Quantum Development Kit

De QDK biedt een set hulpprogramma's die u helpen bij het ontwikkelen van kwantumsoftware:

• Kant-en-klaar bibliotheken waarmee u uw code op hoog niveau kunt houden, met inbegrip van zowel standaardbibliotheken die algemene patronen implementeren voor veel kwantumalgoritmen, als domeinspecifieke bibliotheken, zoals chemie en machine learning.
• Kwantumcomputingsimulators,zodat u een klein exemplaar van uw programma kunt uitvoeren en kunt zien wat het doet zonder echte hardwaretoegang.
• Ruissimulators die het simuleren van het gedrag van Q#-programma's mogelijk maken onder invloed van ruis en de weergave van de stabiliserende software.
• Een resource-estimator die werkelijke kosten biedt voor het uitvoeren van uw oplossingen, bijvoorbeeld hoeveel qubits u nodig hebt en hoe lang uw programma duurt.

De Quantum Development Kit bevat extensies voor Visual Studio en Visual Studio Codeen integratie met Jupyter Notebooks.

De Quantum Development Kit ondersteunt interoperabiliteit met Python en andere .NET-talen. U kunt ook optimalisatieoplossingen formuleren met het Python-Azure Quantum optimalisatie. Naarmate kwantumsystemen zich ontwikkelen, zal uw code zich ontwikkelen.

Als extra functie biedt de QDK ondersteuning voor integratie met Eqskit en Cirq, zodat kwantumontwikkelaars die al in andere ontwikkeltalen werken, hun programma's ook kunnen uitvoeren op Azure Quantum.

De kwantumprogrammeringstaal Q#

Waarom een kwantumprogrammeringstaal? Kortom, omdat u algoritmen wilt schrijven, niet circuits.

De Q#-taal maakt integratie op klassieke en kwantumcomputing mogelijk. Q# ondersteunt algemene klassieke controlestromen tijdens de uitvoering van een algoritme. Dit maakt een schone expressie mogelijk van adaptieve algoritmen die moeilijk rechtstreeks in het circuitmodel van een vaste reeks kwantumpoorten kunnen worden uitdrukken.

De Q#-taal geeft niet op of qubits logisch of fysiek zijn. Dit kan worden bepaald door de runtime wanneer het algoritme wordt uitgevoerd. Op dezelfde manier wordt de toewijzing van een qubitvariabele in een programma aan een werkelijke logische of fysieke qubit bepaald door de runtime. Deze toewijzing kan worden uitgesteld tot de topologie en andere details van het doelapparaat bekend zijn. De runtime is verantwoordelijk voor het bepalen van een toewijzing waarmee het algoritme kan worden uitgevoerd, inclusief eventuele qubit-statusoverdracht en opnieuw toewijzen die vereist zijn tijdens de uitvoering.

U kunt Q# gebruiken als zelfstandig, in notebooks en vanaf de opdrachtregel of met een hosttaal zoals Python of C#.

Werkstroom van de kwantumsoftwareontwikkeling

De Quantum Development Kit is de development kit voor de kwantumgerichte programmeertaal Q# en Azure Quantum is het kwantumcloudplatform.

In het volgende diagram ziet u de fasen waarin een kwantumprogramma van idee naar volledige implementatie op Azure Quantum gaat, en de hulpprogramma's die door de QDK voor elke fase worden aangeboden.

1. Schrijf uw kwantumcode. U kunt uw Q#-programma maken met behulp van de QDK-extensies voor Visual Studio, Visual Studio Code of Jupyter Notebooks.

2. Gebruik bibliotheken om uw code op hoog niveau te houden. Met de kwantumbibliotheken kunt u uw code op hoog niveau houden en een groot deel van het zware werk in de implementatie voor u uitvoeren, zodat u zich kunt richten op de logica van uw algoritmen.

3. Integreren met klassieke software. Met de Quantum Development Kit kunt u Q#-programma's integreren met Python en .NET,waardoor een ontwikkelaar van kwantumsoftware kan profiteren van een groot deel van de ontwikkelingen die in de afgelopen 70 jaar zijn gemaakt in klassieke computing.

4. Voer uw kwantumcode uit in simulatie. Zodra u uw programma hebt geschreven, wilt u kwantumsimulators gebruiken: klassieke programma's die het gedrag van een kwantumsysteem simuleren, zodat u een klein exemplaar van uw programma kunt uitvoeren en kunt zien wat het doet zonder echte hardwaretoegang.

5. Resources schatten. Voordat u op kwantumhardware kunt uitvoeren, moet u bepalen of uw programma op bestaande hardware kan worden uitgevoerd. U kunt QDK-resource-estimators gebruiken om u te laten weten hoeveel qubits u nodig hebt en hoe lang uw programma duurt.

6. Voer uw code uit op kwantumhardware. Ten slotte is de laatste stap het gebruik Azure Quantum om uw programma uit te voeren op kwantumhardware.

Kwantumcloudoplossingen die beschikbaar zijn op Azure Quantum

Zodra u de juistheid van uw programma hebt gevalideerd en hebt geschat dat het geschikt is om te worden uitgevoerd op de hardware waar u toegang toe hebt, bent u klaar om uw programma te verzenden naar Azure Quantum. In het volgende diagram ziet u de basiswerkstroom nadat u uw taak hebt verzenden:

Azure Quantum biedt een aantal van de meest aantrekkelijke en diverse kwantumresources die momenteel beschikbaar zijn van toonaangevende bedrijven. Azure Quantum werkt momenteel samen met de volgende providers, zodat u uw Q#-kwantumprogramma's kunt uitvoeren op echte hardware en de optie om uw code te testen op gesimuleerde kwantumcomputers.

Providers van kwantumcomputing

Kies de provider die het beste past bij de kenmerken van uw probleem en uw behoeften.

• Quantum-oplossingen voor Quantum:een systeem met qubits met hoge betrouwbaarheid, volledig verbonden qubits en de mogelijkheid om metingen in het midden van het circuit uit te voeren.
• IONQ:dynamisch herconfigureerbare, vastgelopen ionen kwantumcomputer voor maximaal 11 volledig verbonden qubits, waarmee u een poort met twee qubits tussen elk paar kunt uitvoeren.
• Quantum Circuits, Inc:snel en hoogwaardige systemen met krachtige realtime feedback om foutcorrectie mogelijk te maken.

Zie de volledige doellijst voor Kwantumcomputing voor meer informatie.

Optimalisatieproviders

Voor optimalisatieoplossingen zijn dit de beschikbare providers waar u uit kunt kiezen:

• 1QBit:Iteratieve heuristische algoritmen die gebruikmaken van zoektechnieken om QUBO-problemen op te lossen.
• Microsoft QIO:een set met meerdere doelen die het optimalisatieprobleem herformuleerd, geïnspireerd op tientallen jaren kwantumonderzoek.
• Computer SBM:De gesimuleerde bilocatiemachine is een MET GPU aangedreven ISING-machine waarmee grootschalige combinatorial optimalisatieproblemen met hoge snelheid worden opgelost.

Zie de volledige optimalisatiedoellijst voor meer informatie.

Volgende stappen

Begin met het gebruik Azure Quantum:

• Een Azure Quantum
• Q#-gebruikershandleiding