Wat is Azure Quantum?

  • Artikel

Azure Quantum is de cloudservice voor kwantumcomputing van Azure, met een gevarieerde set kwantumoplossingen en -technologieën. Azure Quantum zorgt voor een open, flexibel en toekomstbestendig pad naar kwantumcomputing dat zich aanpast aan uw manier van werken, uw voortgang versnelt en uw technologische investeringen beschermt.

Azure Quantum biedt de beste ontwikkelomgeving voor het maken van kwantumalgoritmen voor meerdere platforms tegelijk, met behoud van flexibiliteit om dezelfde algoritmen voor specifieke systemen af te stemmen. U kunt uw code eenmaal schrijven en deze met weinig tot geen wijzigingen uitvoeren op meerdere targets van dezelfde familie, zodat u zich kunt concentreren op het niveau van het algoritme.

Zie Inzicht in kwantumcomputing voor meer informatie over het gebruik van kwantumcomputing en kwantumalgoritmen.

Hoe ga ik aan de slag met Azure Quantum?

Er zijn verschillende manieren om aan de slag te gaan met Azure Quantum. U kunt beginnen met het verkennen van de Azure Quantum-website of u kunt uw eerste Azure Quantum-werkruimte maken.

De Azure Quantum-website

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) is een centrale resource voor het verkennen van kwantumcomputing. U kunt contact opnemen met de Copilot in Azure Quantum, een op kwantum gerichte chatbot die u helpt code te schrijven en kwantumconcepten beter te begrijpen. U kunt ook leren van experts en liefhebbers via blogs, artikelen en video's.

Probeer Q#-codevoorbeelden uit in de onlinecode-editor , Code met Azure Quantum, verzend uw taak naar de cloud-gebaseerde Quantinuum H-Series Emulator of open met één klik in de onlinecode-editor uw code in VS Code voor het web en werk verder in een vooraf geconfigureerde kwantumomgeving.

De Azure Quantum-website is gratis en vereist geen Azure-account. U hebt alleen een E-mailaccount van Microsoft (MSA) nodig om aan de slag te gaan. Zie Azure Quantum verkennen voor meer informatie.

Azure Portal

Tip

Nieuwe gebruikers krijgen automatisch gratis $ 500 (USD)Azure Quantum-tegoed voor gebruik met elke deelnemende kwantumhardwareprovider. Als u alle tegoeden hebt verbruikt en u meer nodig hebt, kunt u zich aanmelden voor het Azure Quantum-tegoedprogramma.

Beginnen met het gebruik van Azure Quantum is heel eenvoudig en gratis voor nieuwe gebruikers. Als u uw kwantumprogramma's naar Azure Quantum wilt verzenden, hebt u slechts twee dingen nodig:

  1. Azure-account: als u geen Azure-account hebt, registreert u zich gratis en meldt u zich aan voor een abonnement met betalen per gebruik. Als u een student bent, kunt u profiteren van een gratis Azure-account voor studenten.

  2. Azure Quantum-werkruimte: een Azure Quantum-werkruimte is een verzameling assets die zijn gekoppeld aan het uitvoeren van kwantum. Als u een Azure Quantum-werkruimte wilt maken, gaat u naar de Azure Portal, selecteert u Snel maken, waarna automatisch de werkruimte wordt gemaakt en de standaardproviders worden toegevoegd. Of selecteer Vooruit maken, voer de details van uw werkruimte in en kies de providers.

Zie Een Azure Quantum-werkruimte maken voor meer informatie.

Wat is Q#?

Q# is een opensource-kwantumprogrammeertaal voor het ontwikkelen en uitvoeren van kwantumprogramma's.

Een kwantumprogramma kan worden gezien als een bepaalde set klassieke subroutines die, wanneer aangeroepen, een berekening uitvoeren door interactie met een kwantumsysteem; een programma dat in Q# is geschreven, modelleert niet rechtstreeks de kwantumstatus, maar beschrijft eerder hoe een klassieke besturingscomputer communiceert met qubits. Hierdoor kunt u volledig agnostisch zijn over wat een kwantumstatus is , zelfs op elke target computer, die verschillende interpretaties kan hebben, afhankelijk van de machine.

Q# is een zelfstandige taal die een hoog abstractieniveau biedt. Er is geen idee van een kwantumtoestand of een circuit; Q# implementeert in plaats daarvan programma's in termen van instructies en expressies, net zoals klassieke programmeertalen. De Q#-taal ondersteunt dus de integratie van rijke klassieke en kwantumcomputing.

Zie De kwantumprogrammeertaal Q# voor meer informatie.

Hoe kan ik Q#-kwantumprogramma's schrijven?

Azure Quantum biedt de Azure Quantum Development Kit (Moderne QDK) aan. Met de moderne QDK kunt u Q#-kwantumprogramma's schrijven, fouten opsporen in uw code, realtime feedback over code krijgen en uw target computer kiezen. De moderne QDK is de enige development kit die gereed is voor Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC).

Notitie

Quantum Development Kit Microsoft (klassieke QDK) wordt na 30 juni 2024 niet meer ondersteund. Als u een bestaande QDK-ontwikkelaar bent, raden we u aan over te stappen op de nieuwe Azure Quantum Development Kit (Moderne QDK) om door te gaan met het ontwikkelen van kwantumoplossingen. Zie Uw Q#-code migreren naar de moderne QDK voor meer informatie.

De moderne QDK biedt twee manieren om uw kwantumprogramma's uit te voeren in Azure Quantum:

Naast ondersteuning voor Q# bieden de QDK's ondersteuning voor Qiskit en Cirq voor kwantumcomputing, dus als u al in andere ontwikkeltalen werkt, kunt u uw circuits ook uitvoeren op Azure Quantum.

Notitie

Een Azure Quantum-werkruimte is vereist om uw lokale kwantumprogramma's uit te voeren op Azure Quantum-providers. Zie Een Azure Quantum-werkruimte maken voor meer informatie.

Wat is hybride kwantumcomputing?

Hybride kwantumcomputing verwijst naar de processen en architectuur van een klassieke computer en een kwantumcomputer die samenwerken om een probleem op te lossen. Met de nieuwste generatie hybride kwantumcomputingarchitectuur die beschikbaar is in Azure Quantum, kunt u beginnen met het programmeren van kwantumcomputers door klassieke instructies en kwantuminstructies te combineren.

  • Batch-kwantumcomputing: als u meerdere circuits in één taak batcht, hoeft u niet meer te wachten tussen het indienen van taken, zodat u meerdere taken sneller kunt uitvoeren. Voorbeelden van problemen die kunnen profiteren van batchgewijze kwantumcomputing zijn het algoritme van Shor en een eenvoudige schatting van de kwantumfase.
  • Interactieve kwantumcomputing (sessies): taken kunnen logisch worden gegroepeerd in één sessie en prioriteit krijgen boven niet-sessietaken. Voorbeelden van problemen die deze benadering kunnen gebruiken, zijn Variational Quantum Eigensolvers (VQE) en Quantum Approximate Optimization Algorithms (QAOA).
  • Geïntegreerde kwantumcomputing: door kwantum- en klassieke computing te integreren, kunnen kwantumprogramma's zich van alleen circuits verwijderen. Programma's kunnen nu algemene programmeerconstructies gebruiken om metingen in het middencircuit uit te voeren, qubits te optimaliseren en opnieuw te gebruiken, en zich in realtime aan de QPU aan te passen. Voorbeelden van scenario's die van dit model kunnen profiteren, zijn adaptieve faseschatting en machine learning.
  • Gedistribueerde kwantumcomputing: het gedistribueerde kwantumcomputingmodel maakt realtime berekeningen mogelijk voor kwantum- en gedistribueerde resources. Voorbeelden van scenario's die van dit model kunnen profiteren, zijn complexe materiaalmodellering of de evaluatie van volledige katalytische reacties.

Zie Hybride kwantumcomputing voor meer informatie.

Schatting van resources in kwantumcomputing

In kwantumcomputing is resourceschatting de mogelijkheid om de resources te begrijpen, dat wil weten het aantal qubits, het aantal kwantumpoorten, de verwerkingstijd, enzovoort, die nodig zijn voor een bepaald algoritme, uitgaande van (of als parameters) bepaalde hardwarekenmerken. Inzicht in het aantal qubits dat nodig is voor een kwantumoplossing en de verschillen tussen qubittechnologieën, stelt innovatoren in staat om hun kwantumoplossingen voor te bereiden en te verfijnen om te worden uitgevoerd op toekomstige kwantummachines en uiteindelijk hun kwantumimpact te versnellen.

De Azure Quantum Resource Estimator is speciaal ontworpen voor geschaalde fouttolerante fouttolerante fout gecorrigeerde systemen en stelt u in staat architectuurbeslissingen te beoordelen, qubittechnologieën te vergelijken en de resources te bepalen die nodig zijn om een bepaald kwantumalgoritme uit te voeren. U kunt kiezen uit vooraf gedefinieerde fouttolerante protocollen en veronderstellingen opgeven van het onderliggende fysieke qubitmodel.

De Azure Quantum Resource Estimator berekent de schatting van fysieke resources na de indeling door rekening te houden met een set invoerwaarden, zoals qubitparameters, de QEC-code (kwantumfoutcorrectie), het foutbudget en andere parameters . Het gebruikt een Quantum Intermediate Representation (QIR) -programma als invoer en ondersteunt daarom elke taal die wordt vertaald naar QIR. U kunt bijvoorbeeld de Azure Quantum Resource Estimator gebruiken met Q# en Qiskit.

Diagram met onderdelen die worden geleverd door Resource Estimator en bijbehorende aanpassingen. Opgegeven aspecten zijn Toepassingsinvoer, Compilatiehulpprogramma's, QIR, QEC-modellen, Qubit-modellen en Analyse. De klant kan hulpprogramma's voor toepassingen, compilatie of optimalisatie, QIR-code, QEC-modellen, Qubit-parameters en hulpprogramma's voor analyse en visualisatie gebruiken.

Providers die beschikbaar zijn op Azure Quantum

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 om u in staat te stellen uw Q#-kwantumprogramma's uit te voeren op echte hardware en de optie om uw code te testen op gesimuleerde kwantumcomputers.

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

  • IONQ: Dynamisch opnieuw te configureren kwantumcomputers met vast ionen voor maximaal 11 volledig verbonden qubits, waarmee u een poort met twee qubits tussen elk paar kunt uitvoeren.
  • PASQAL (private preview): neutrale kwantumprocessors op basis van atomen die bij kamertemperatuur werken, met lange coherentietijden en indrukwekkende qubitconnectiviteit.
  • Quantinuum: trapped-ionsystemen met hoogwaardige, volledig aangesloten qubits, lage foutsnelheden, qubithergebruik en de mogelijkheid om metingen in het middencircuit uit te voeren.
  • Rigetti: De systemen van Rigetti worden aangedreven door supergeleidende kwantumprocessors op basis van qubits. Ze bieden snelle poorttijden, voorwaardelijke logica met lage latentie en snelle uitvoeringstijden van programma's.

Zie de volledige lijst kwantumcomputing targetvoor meer informatie over de specificaties van elke provider.

Providers zijn binnenkort beschikbaar

  • Quantum Circuits, Inc: supergeleidende circuits met volledige stack, met realtime feedback die foutcorrectie en coderingsagnostische verstrengelingspoorten mogelijk maakt.

Volgende stappen

Aan de slag met Azure Quantum: