Vad är Azure Quantum?

Azure Quantum är en molntjänst med en mängd olika kvantlösningar och tekniker. Du kan skriva koden en gång och köra den med liten eller ingen ändring mot flera mål i samma familj och du kan fokusera din programmering på algoritmnivå.

• Ett öppet ekosystem som gör att du kan komma åt olika kvantprogram, maskinvara och lösningar från Microsoft och dess partner.
• Kvantpåverkan idag, med färdiga lösningar som körs på klassiska och accelererade beräkningsresurser (kallas även optimeringslösningar).

Delarna i Azure Quantum

Azure Quantum två huvudvägar för kvantlösningar:

• Kvantberäkning:Lär dig, experimentera och skapa prototyper med en mängd olika kvantmaskinvaruleverantörer som hjälper dig att bli redo för framtidens skalade kvantdatorer. Till skillnad från andra lösningar är du inte siload för en enda maskinvaruteknik, och du drar nytta av en fullständig stack-metod som skyddar dina långsiktiga investeringar.
• Optimering:Utveckla lösningar som hjälper dig att minska driftskostnaden inom en mängd olika områden, till exempel ekonomi, energikostnader, hantering av vagnpark, schemaläggning med mera.

Med Azure Quantum och Quantum DevelopmentKit-verktygsuppsättningen kommer du att kunna programmera dina kvantalgoritmer och optimeringslösningar och sedan tillämpa dessa kvantlösningar i den befintliga Azure-plattformen för att uppnå verklig påverkan även före utvecklingen av en kvantdator för generell användning.

Vem är Azure Quantum för?

Azure Quantum är för enskilda personer och team som vill ta ett steg framåt och föra in kvantberäkning i produktion.

Branschlösningar

För företag kan införlivande av kvanttypslösningar bidra till att bli mer konkurrenskraftig och ligga i framkant för innovation. När du skapar branschlösningar Azure Quantum den bästa vägen för att använda de senaste optimeringsteknikerna när du söker långsiktiga kostnadsbesparande lösningar. Azure Quantum erbjuder fördelarna med de mest skilda kvantresurser som finns tillgängliga idag med program för en mängd olika branscher.

Mer information om hur verkliga problem kan lösas med hjälp av Azure Quantum- och kvantprogram finns i följande fallstudier.

Utvecklare

Som utvecklare kommer du att använda välbekanta programmeringsverktyg för att skapa kvantprogram, till exempel Python eller Visual Studio Code, och samtidigt får du lära dig att använda och skriva kvantkoden i Q#, ett kvantfokuserat programmeringsspråk. Med Azure Quantum och Quantum Development Kit kan utvecklare utforska kvantprogrammering och lära sig mer om kvantprogram, till exempel datasökning, kvantmaskininlärning eller optimeringslösningar.

Forskare

Som forskare kan Azure Quantum hjälpa dig att testa dina kvantalgoritmer och -teori för att effektivt simulera kvantsystem som superledarledning och komplexa molekylformationer. Azure Quantum kan du lära dig, skapa och distribuera effektfulla lösningar i stor skala, vilket hjälper dig att utnyttja kvantberäkning och dra nytta av de senaste innovationerna.

Mer information om forskningsresurser och karriärmöjligheter finns i forskningsområdet Microsoft Quantum Computing. Dessutom är Azure Quantum ett bra verktyg för att lära ut kvantberäkning och kvantprogram. Du kan ansöka om Azure Quantum kreditprogrammet.

Kvantentusiaster

Om du är student eller kvant entusiast Azure Quantum ditt intresse för kvantberäkning att utvecklas. Du utökar dina lärdomar genom åtkomsten till de mest skilda uppsättning kvanttekniker, du lär dig grunderna inom kvantberäkning och kvantprogrammeringsspråket Q# och identifierar de områden där kvantdatorer kan ha stor inverkan.

Varför ska man använda kvantberäkning?

Kvantdatorer utnyttjar det unika beteendet i kvantfysik – till exempel superposition, entanglementering och kvantinter interferens – och tillämpar det på beräkning. Detta introducerar nya begrepp för traditionella programmeringsmetoder. Kvanteffekter ger kvantdatorer möjlighet att beräkna exponentiellt mer information och lösa mer komplicerade problem. När kvantdatorer är utformade för skalning har de funktioner som överstiger dagens mest kraftfulla superdatorer.

Med Azure Quantum kan du dra nytta av fördelarna med kvantberäkning i dag, i ett helt öppet molnekosystem med åtkomst till programvara, maskinvara och färdiga lösningar. Azure Quantum två typer av lösningar: kvantberäkning och optimering.

Kvantberäkning

Om du vill simulera kvantmekaniska problem, till exempel kemiska reaktioner, negativa reaktioner eller materialformationer, fungerar kvantdatorerna utmärkt eftersom de använder kvantfenomen i beräkningen. Kvantdatorer kan också påskynda förloppet inom olika områden, till exempel finansiella tjänster, maskininlärning och ostrukturerade datasökningar, där många beräkningar behövs.

Med Azure Quantum kan forskare och företag använda kvantberäkning för att modellera komplexa scenarier inom riskhantering, cybersäkerhet, nätverksanalys, datasökning, utveckling avkrypter eller materialvetenskap. Mer information om hur du kan använda kvantberäkning och kvantalgoritmer finns i Förstå kvantberäkning.

Optimering

Optimering är processen att hitta den bästa lösningen på ett problem med tanke på önskat resultat och begränsningar. Det finns komplexa optimeringsproblem i alla branscher: fordonsroutning, hantering av leveranskedjan, schemaläggning, portföljoptimering, hantering av elnät och många andra. Att lösa dessa verkliga problem leder till fördelar med högt värde, till exempel lägre kostnader, snabbare processer eller minskade risker.

I Azure Quantum kan du redan implementera optimeringsproblem för att köra på olika klassiska lösningar för beräkning av silicon, till exempel CPU, FPGA, GPU eller anpassad silicon, snabbare än många andra klassiska optimeringstekniker.

Å andra sidan har simuleringen av kvanteffekterna på klassiska datorer lett till utvecklingen av nya typer av kvantlösningar. Kvantinspirerade optimeringsalgoritmer utnyttjar några av fördelarna med kvantberäkning på klassisk maskinvara, vilket ger en speedup över traditionella metoder.

Azure Quantum ger dig tillgång till en bred uppsättning avancerade kvantinspirerade optimeringsalgoritmer som utvecklats av Microsoft och dess partner.

Mer information om optimeringslösningarna i Azure Quantum finns i Vad är optimering?.

Vad är Q # och Quantum Development Kit?

Microsoft Quantum Development Kit (QDK) är en öppen källkod för development kit för Azure Quantum som gör att du kan arbeta både online med tjänsten och offline. QDK innehåller kvantprogrammeringsspråket Q#, ett programmeringsspråk på hög nivå som gör att du kan fokusera ditt arbete på algoritm- och programnivå för att skapa kvantprogram.

Quantum Development Kit

QDK erbjuder en uppsättning verktyg som hjälper dig i processen för kvantprogramutveckling:

• Färdiga bibliotek som hjälper dig att hålla koden på hög nivå, inklusive både "standardbibliotek" som implementerar mönster som är gemensamma för många kvantalgoritmer och domänspecifika bibliotek, till exempel kemi och maskininlärning.
• Kvantberäkningssimulatorer, så att du kan köra en liten instans av ditt program och se vad det gör utan faktisk maskinvaruåtkomst.
• Brussimulatorer som gör det möjligt att simulera beteendet för Q#-program under påverkan av brus och stabiliserande representation.
• En resursberäknare som ger verkliga kostnader för att köra dina lösningar, till exempel hur många qubitar du behöver och hur lång tid programmet tar.

Quantum Development Kit innehåller tillägg för Visual Studio Visual Studio Codeoch integrering med Jupyter Notebooks.

Quantum Development Kit stöder samverkan med Python och andra .NET-språk. Du kan också formulera optimeringslösningar med Python Azure Quantum optimeringspaketet. I takt med att kvantsystem utvecklas utvecklas koden.

Som en ytterligare funktion stöder QDK integrering med Qiskit och Cirq, så kvantutvecklare som redan arbetar i andra utvecklingsspråk kan också köra sina program på Azure Quantum.

Kvantprogrammeringsspråket Q#

Varför ett kvantprogrammeringsspråk? Kort sagt, eftersom du vill skriva algoritmer, inte kretsar.

Q#-språket möjliggör integrering med klassisk och kvantberäkning. Q# stöder ett allmänt klassiskt kontrollflöde under körningen av en algoritm. Detta möjliggör ett rent uttryck av anpassningsbara algoritmer som är svåra att uttrycka direkt i kretsmodellen för en fast sekvens med kvantgrindar.

Q#-språket anger inte om qubits är logiska eller fysiska. Detta kan avgöras av körningen när algoritmen körs. På samma sätt bestäms mappningen från en qubit-variabel i ett program till en faktisk logisk eller fysisk qubit av körningen, och mappningen kan skjutas upp tills efter topologin och annan information om målenheten är känd. Körningen ansvarar för att fastställa en mappning som gör att algoritmen kan köras, inklusive alla qubittillståndsöverföringar och ommappningar som krävs under körningen.

Du kan använda Q# som fristående, i notebook-datorer och på kommandoraden eller använda ett värdspråk som Python eller C#.

Arbetsflöde för kvantprogramutveckling

Quantum Development Kit är development kit för det kvantfokuserade programmeringsspråket Q# och Azure Quantum är kvantmolnplattformen.

Följande diagram visar de steg genom vilka ett kvantprogram går från idé till slutförande av Azure Quantum och de verktyg som erbjuds av QDK för varje steg.

1. Skriv din kvantkod. Du kan skapa ditt Q#-program med hjälp av QDK-tilläggen för Visual Studio, Visual Studio Code eller Jupyter Notebooks.

2. Använd bibliotek för att hålla koden på hög nivå. Kvantbiblioteken hjälper dig att hålla koden på hög nivå och göra en stor del av grovjobbet i implementeringen åt dig så att du kan fokusera på logiken i dina algoritmer.

3. Integrera med klassisk programvara. Med Quantum Development Kit kan du integrera Q#-program med Python och .NET,vilket gör att en kvantprogramutvecklare kan dra nytta av många av de framsteg som gjorts inom klassisk databehandling under de senaste 70 åren.

4. Kör kvantkoden i simuleringen. När du har skrivit programmet bör du använda kvantsimulatorer – klassiska program som simulerar beteendet för ett kvantsystem, så att du kan köra en liten instans av ditt program och se vad det gör utan faktisk maskinvaruåtkomst.

5. Uppskatta resurser. Innan du kör på kvantmaskinvara måste du ta reda på om programmet kan köras på befintlig maskinvara. Du kan använda QDK-resursberäknare för att visa hur många qubitar du behöver och hur lång tid programmet kommer att ta.

6. Kör koden på kvantmaskinvara. Slutligen är det sista steget att använda Azure Quantum för att köra programmet på kvantmaskinvara!

Kvantmolnlösningar som är tillgängliga på Azure Quantum

När du har verifierat att programmet är korrekt och beräknat att det är lämpligt att köra på den maskinvara som du har åtkomst till är du redo att skicka in programmet till Azure Quantum. Följande diagram visar det grundläggande arbetsflödet när du har skickat jobbet:

Azure Quantum några av de mest övertygande och olika kvantresurser som finns tillgängliga idag från branschledare. Azure Quantum för närvarande med följande providers så att du kan köra Q#-kvantprogram på verklig maskinvara och alternativet att testa din kod på simulerade kvantdatorer.

Kvantberäkningsleverantörer

Välj den leverantör som bäst passar ditt problem och dina behov.

• Honeywell Quantum Solutions:Trapped-ion-system med hög återgivning, fullständigt anslutna kvantbitar och möjligheten att utföra mätning mitt i kretsen.
• IONQ:Dynamiskt omkonfigurerbar kvantdator med fångad ion för upp till 11 fullständigt anslutna kvantbitar, vilket gör att du kan köra en två-qubit-grind mellan ett par.
• Quantum Circuits, Inc:Snabbt och återgivningssystem med kraftfull feedback i realtid för att möjliggöra felkorrigering.

Mer information finns i den fullständiga mållistan för kvantberäkning.

Optimeringsproviders

För optimeringslösningar är detta de tillgängliga leverantörer som du kan välja mellan:

• 1QBit:Iterativa heuristiska algoritmer som använder söktekniker för att lösa QUBO-problem.
• Microsoft QIO:En uppsättning med flera mål som omformulerar optimeringsproblemet och som inspireras av årtionden av kvantforskning.
• Dator SBM:Driven Simulated Bication Machine är en GPU-driven ISING-dator som löser storskaliga kombinatoriska optimeringsproblem med hög hastighet.

Mer information finns i den fullständiga listan med optimeringsmål.

Nästa steg

Börja använda Azure Quantum:

• Konfigurera Azure Quantum
• Q#-användarhandbok