Was ist Azure Quantum?

Azure Quantum ist der Quantencomputing-Clouddienst von Azure. Azure Quantum bietet einen offenen, flexiblen und zukunftssicheren Weg zu Quantencomputing, der sich an Ihre Arbeitsweise anpasst.

Azure Quantum bietet eine Reihe von Quantencomputinglösungen, darunter Quantenhardware von branchenführenden Anbietern, Quantensoftware und Quantendiensten. Mit Azure Quantum können Sie Quantenprogramme auf realer Quantenhardware ausführen, Quantenalgorithmen simulieren und die ressourcen schätzen, die zum Ausführen Ihrer Quantenprogramme auf zukünftigen skalierten Quantencomputern erforderlich sind.

Weitere Informationen zu den Einsatzmöglichkeiten von Quantencomputing und -algorithmen finden Sie unter Grundlegendes zu Quantencomputing.

Erste Schritte mit Azure Quantum

Um mit Azure Quantum zu beginnen, müssen Sie zuerst Ihre aktuellen Setup- und Anforderungen ermitteln. Ganz gleich, ob Sie ein Entwickler sind oder nicht, und ob Sie über ein Azure-Konto verfügen oder nicht, es gibt verschiedene Möglichkeiten, ihre Reise mit Azure Quantum zu beginnen. Die folgende Tabelle enthält Anleitungen basierend auf Ihrem Benutzertyp:

Sie müssen nicht über ein Azure-Konto verfügen, um Azure Quantum zu verwenden. Wenn Sie aber Ihre Quantenprogramme an echte Quantenhardware in Azure Quantum übermitteln möchten, benötigen Sie ein Azure-Konto und einen Azure Quantum-Arbeitsbereich.

Um über ein Azure-Konto zu verfügen, können Sie sich kostenlos registrieren und sich für ein Kostenpflichtiges Abonnement registrieren. Wenn Sie Schüler sind, können Sie ein kostenloses Azure-Konto für Schüler/Studenten nutzen.

Die Azure Quantum-Website

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) ist eine zentrale Ressource für die Erforschung von Quantencomputing. Sie können mit dem Copilot in Azure Quantum interagieren, einem quantenorientierten Chatbot, der Ihnen hilft, Code zu schreiben und Quantenkonzepte besser zu verstehen. Sie können auch von Experten und Enthusiasten über Blogs, Artikel und Videos lernen.

Sie können Q#-Codebeispiele im Online-Code-Editor ausprobieren, Ihren Auftrag an den cloudbasierten Quantinuum H-Series-Emulator übermitteln und Ihren Code in VS Code für das Web öffnen und weiterhin in einer vorab konfigurierten Quantenumgebung arbeiten.

Die Azure Quantum-Website ist kostenlos und erfordert kein Azure-Konto. Zunächst benötigen Sie lediglich ein Microsoft-E-Mail-Konto (MSA). Weitere Informationen finden Sie unter Explore Copilot in Azure Quantum.

Visual Studio Code

Azure Quantum bietet den Quantum Development Kit (QDK) an. Mit dem QDK können Sie Q#-Quantenprogramme schreiben, Ihren Code debuggen, Echtzeitcodefeedback erhalten und Ihren target Computer auswählen. Der QDK ist das einzige Entwicklungskit für Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC). Neben der Unterstützung für Q# unterstützt der QDK auch Qiskit- und Cirq-Programme für Quantum Computing. Wenn Sie also bereits in anderen Entwicklungssprachen arbeiten, können Sie ihre Schaltkreise auch auf Azure Quantum ausführen.

Das Quantum Development Kit ist kostenlos und in Visual Studio Code verfügbar. Weitere Informationen finden Sie unter Installieren des QDK in Visual Studio Code.

Azure-Portal

Wenn Sie über ein Azure-Konto verfügen, können Sie den Azure-Portal verwenden, um einen Azure Quantum-Arbeitsbereich zu erstellen. Ein Azure Quantum-Arbeitsbereich ist eine Sammlung von Objekten, die mit dem ausführenden Quantum verbunden sind. Weitere Informationen finden Sie unter Erstellen eines Azure Quantum-Arbeitsbereichs.

Mit dem Azure-Portal können Sie Ihre Quantenprogramme an echte Quantenhardware übermitteln, Ihren Azure Quantum-Arbeitsbereich verwalten, Ihre Quantenaufträge anzeigen und Ihre Quantenprogramme überwachen.

Was ist Q#?

Q# ist eine Open-Source-Quantenprogrammiersprache für die Entwicklung und Ausführung von Quantenprogrammen.

Ein Quantenprogramm kann als spezieller Satz klassischer Unterroutinen betrachtet werden, die eine Berechnung durchführen, indem sie mit einem Quantensystem interagieren. Ein in Q# geschriebenes Programm modelliert nicht direkt den Quantenzustand, sondern beschreibt, wie ein klassischer Computer mit Qubits interagiert. Dies ermöglicht es Ihnen, ganz agnostisch zu sein, was ein Quantenzustand sogar auf jeder target Maschine ist, die je nach Maschine unterschiedliche Interpretationen haben könnte.

Q# ist eine eigenständige Sprache, die ein hohes Maß an Abstraktion bietet. Es gibt keinen Begriff eines Quantenzustands oder eines Schaltkreises; Stattdessen implementiert Q# Programme in Bezug auf Anweisungen und Ausdrücke, ähnlich wie klassische Programmiersprachen. Daher unterstützt die Q#-Sprache die Integration von reichen klassischen und Quantencomputern.

Weitere Informationen finden Sie in der Einführung in Q#. Informationen zum Schreiben von Q#-Code finden Sie unter Erstellen Ihres ersten Q#-Programms.

Was kann ich mit Azure Quantum tun?

Azure Quantum bietet eine vielzahl von Diensten und Tools, mit denen Sie Quantenlösungen entwickeln können.

Aktuelle Informationen zur Quantencomputing-Forschung von Microsoft finden Sie auf der Seite Microsoft Research: Quantencomputing.

Hybrides Quantencomputing

Hybrid quantum computing bezieht sich auf die Prozesse und Architektur eines klassischen Computers und eines Quantencomputers, der zusammen arbeitet, um ein Problem zu lösen. Mit der neuesten Generation der hybriden Quantencomputingarchitektur in Azure Quantum können Sie mit der Programmierung von Quantencomputern beginnen, indem Sie klassische und Quantenanweisungen miteinander mischen.

Weitere Informationen finden Sie unter Hybrid Quantum Computing.

Ressourcenschätzung beim Quantencomputing

Bei der Quantenberechnung ist die Ressourcenschätzung die Fähigkeit, die Ressourcen zu verstehen, d. h. die Anzahl der Qubits, die Anzahl der Quantentore, die Verarbeitungszeit usw., die für einen bestimmten Algorithmus benötigt wird, vorausgesetzt (oder als Parameter) bestimmte Hardwaremerkmale übernehmen. Das Verstehen der Anzahl der Qubits, die für eine Quantenlösung erforderlich sind, und der Unterschiede zwischen Qubit-Technologien ermöglichen es Innovatoren, ihre Quantenlösungen vorzubereiten und zu verfeinern, um auf zukünftigen skalierten Quantenmaschinen ausgeführt zu werden und letztendlich ihren Quanteneffekt zu beschleunigen.

Mit der Azure Quantum-Ressourcenschätzung können Sie Architekturentscheidungen bewerten, Qubittechnologien vergleichen und die Ressourcen ermitteln, die zum Ausführen eines bestimmten Quantenalgorithmus erforderlich sind. Sie können aus vordefinierten fehlertoleranten Protokollen wählen und Annahmen des zugrunde liegenden physischen Qubit-Modells angeben. Der Azure Quantum Resource Estimator berechnet die physische Ressourcenschätzung nach dem Layout, indem eine Reihe von Eingaben wie Qubit-Parametern, der QEC-Code (Quantum Error Correction), das Fehlerbudget und andere Parameter berücksichtigt werden.

Weitere Informationen finden Sie unter "Ressourcenschätzung in Quantum Computing " und "Ausführen Ihrer ersten Ressourcenschätzung".

Quantensimulation mit Azure Quantum-Elementen

Quantenmechanik ist das zugrunde liegende "Betriebssystem" des Universums. Es beschreibt, wie sich die grundlegenden Bausteine der Natur verhalten. Die Verhaltensweisen der Natur, z. B. chemische Reaktionen, biologische Reaktionen und Materialformationen, umfassen häufig Vielkörper-Quantenwechselwirkungen. Für die Simulation von intrinsischen Quantenmechaniksystemen, z. B. Molekülen, ist die Nutzung des Quantencomputings sehr vielversprechend, da Qubits verwendet werden können, um die zu untersuchenden natürlichen Zustände darzustellen. Beispiele für Quantensysteme, die Quantencomputing modellieren können, sind Photosynthese, Superduktivität und komplexe molekulare Formationen.

Azure Quantum Elements ist zwecks Beschleunigung der wissenschaftlichen Entdeckung entwickelt. Erfinden Sie Ihre Forschungs- und Entwicklungsproduktivität mit Simulationsworkflows neu, die für die Skalierung auf Azure High-Performance Computing (HPC)-Clustern optimiert sind, KI-beschleunigtes Computing, erweitertes Denken mithilfe von KI, Integration mit Quantentools, um mit vorhandenen Quantenhardware zu experimentieren und in Zukunft auf den Quanten-Supercomputer von Microsoft zuzugreifen.

Weitere Informationen finden Sie unter Entsperren der Leistungsfähigkeit von Azure für Molekulare Dynamik.

Quantenbeschleunigung

Quantencomputer sind besonders gut bei Problemen, für die sie eine große Anzahl möglicher Kombinationen berechnen müssen. Diese Arten von Problemen finden Sie in vielen Bereichen wie Quantensimulation, Kryptografie, quantenbasiertes maschinelles Lernen und Probleme bei der Suche.

Eines der Ziele der Quantencomputerforschung besteht in der Untersuchung, welche Probleme ein Quantencomputer schneller als ein klassischer Computer lösen kann und wie groß der Geschwindigkeitszuwachs ggf. ist. Ein bekanntes Beispiel ist der Grover-Algorithmus, der eine polynomische Geschwindigkeit gegenüber den klassischen Gegenstücken liefert.

Der Algorithmus von Grover beschleunigt Suchvorgänge für unstrukturierte Daten drastisch. Hierzu wird die Suche mit weniger Schritten ausgeführt, als dies bei einem klassischen Algorithmus möglich wäre. Jedes Problem, mit dem Sie überprüfen können, ob ein angegebener Wert $x$ eine gültige Lösung ist („Ja oder kein Problem“), kann anhand des Suchproblems formuliert werden.

Eine Implementierung des Grover-Algorithmus finden Sie im Lernprogramm: Implementieren des Grover-Suchalgorithmus in Q#.

Quantum-Anbieter, die in Azure Quantum verfügbar sind

Azure Quantum verfügt über einige der überzeugendsten und vielfältigsten Quantenressourcen, die bei Branchenführern heutzutage erhältlich sind. Azure Quantum bietet ein Partnernetzwerk mit folgenden Anbietern, um die Ausführung von Q#-Quantenprogrammen auf echter Hardware sowie Codetests auf simulierten Quantencomputern zu ermöglichen:

Wählen Sie den Anbieter aus, der am besten zu den Merkmalen Ihres Problems und zu Ihren Anforderungen passt.

• IONQ: Dynamisch rekonfigurierbare Trapped-Ion-Quantencomputer für bis zu 11 voll verbundene Qubits, mit denen Sie ein Zwei-Qubit-Gate zwischen jedem Paar ausführen können.
• PASQAL (Private Preview): Neutrale atombasierte Quantenprozessoren, die bei Raumtemperatur arbeiten, mit langen Kohärenzzeiten und beeindruckender Qubit-Konnektivität.
• Quantinuum: Trapped-Ion-Systeme mit hoher Genauigkeit, voll verbundenen Qubits, niedrigen Fehlerraten, Wiederverwendung von Qubits und der Fähigkeit, Messungen in der Mitte von Schaltungen durchzuführen.
• Rigetti: Rigettis Systeme werden von superkonduktionsbasierten Qubit-basierten Quantenprozessoren angetrieben. Sie bieten schnelle Gatezeiten, bedingte Logik mit geringer Latenz und schnelle Programmausführungszeiten.

Weitere Informationen zu den Spezifikationen der einzelnen Anbieter finden Sie in der vollständigen Quantum Computing-Listetarget.

Informationen zu Auftragskosten finden Sie unter Preise in Azure Quantum und FAQ: Grundlegendes zu Auftragskosten und Abrechnung in Azure Quantum.

Anbieter werden in Kürze verfügbar sein

• Quantum Circuits, Inc: Supraleitende Full-Stack-Schaltungen mit Echtzeitfeedback, das Fehlerkorrektur und codierungsunabhängige Verschränkungsgatter ermöglicht.

Zugehöriger Inhalt

Beginnen Sie mit der Verwendung von Azure Quantum:

• Erstellen eines Azure Quantum-Arbeitsbereichs
• Erste Schritte mit Q# und Visual Studio Code
• Erste Schritte mit Q#- und Azure Quantum-Notizbüchern
• Installieren der Quantum Development Kit
• Ausführen eines Qiskit-Schaltkreises in Azure Quantum