Что такое Azure Quantum?

Azure Quantum — это облачная служба квантовых вычислений Azure. Azure Quantum предоставляет открытый, гибкий и будущий путь к квантовым вычислениям, которые адаптируются к вашему способу работы.

Azure Quantum предлагает ряд решений квантовых вычислений, включая квантовое оборудование от ведущих поставщиков, квантового программного обеспечения и квантовых служб. С помощью Azure Quantum можно запускать квантовые программы на реальном квантовом оборудовании, моделировать квантовые алгоритмы и оценивать ресурсы, необходимые для запуска квантовых программ на будущих масштабируемых квантовых машинах.

Дополнительные сведения о способах использования квантовых вычислений и квантовых алгоритмов см. в статье Общие сведения о квантовых вычислениях.

Начало работы с Azure Quantum

Чтобы приступить к работе с Azure Quantum, сначала необходимо определить текущую настройку и требования. Независимо от того, является ли вы разработчиком или нет, и у вас есть учетная запись Azure или нет, существуют разные способы начать работу с Azure Quantum. В следующей таблице приведены рекомендации на основе типа пользователя:

У вас нет учетной записи Azure для использования Azure Quantum. Но если вы хотите отправить квантовые программы в реальное квантовое оборудование в Azure Quantum, вам потребуется учетная запись Azure и рабочая область Azure Quantum.

Чтобы получить учетную запись Azure, можно зарегистрировать бесплатно и зарегистрироваться для подписки с оплатой по мере использования. Если вы студент, вы можете воспользоваться бесплатной учетной записью Azure для учащихся.

Веб-сайт Azure Quantum

Azure Quantum (quantum.microsoft.com) — это центральный ресурс для изучения квантовых вычислений. Вы можете взаимодействовать с Copilot в Azure Quantum, квантовым чат-ботом, который помогает писать код и лучше понимать квантовые понятия. Вы также можете узнать от экспертов и энтузиастов через блоги, статьи и видео.

Вы можете попробовать примеры кода Q# в редакторе кода в Интернете, отправить задание в облачную эмулятор серии H-Series Quantinuum и открыть код в VS Code для Интернета и продолжить работу в предварительно настроенной квантовой среде.

Веб-сайт Azure Quantum бесплатно и не требует учетной записи Azure. Чтобы приступить к работе, вам потребуется учетная запись электронной почты Майкрософт (MSA). Дополнительные сведения см. в статье "Изучение Copilot" в Azure Quantum.

Visual Studio Code

Azure Quantum предлагает Quantum Development Kit QDK. С помощью QDK можно написать квантовые программы Q#, отладить код, получить отзыв о коде в режиме реального времени и выбрать компьютер target . QDK — это единственный комплект средств разработки, готовый к отказоустойчивым квантовым вычислениям (FTQC). Помимо поддержки Q#, QDK также поддерживает программы Qiskit и Cirq для квантовых вычислений, поэтому если вы уже работаете на других языках разработки, вы также можете запускать каналы в Azure Quantum.

Это Quantum Development Kit бесплатно и доступно в Visual Studio Code. Дополнительные сведения см. в разделе "Установка QDK" в Visual Studio Code.

Портал Azure

Если у вас есть учетная запись Azure, вы можете использовать портал Azure для создания рабочей области Azure Quantum. Рабочая область Azure Quantum — это коллекция ресурсов, связанных с выполнением квантовых вычислений. Дополнительные сведения см. в статье Создание рабочей области Azure Quantum.

С помощью портал Azure вы можете отправлять квантовые программы в реальное квантовое оборудование, управлять рабочей областью Azure Quantum, просматривать квантовые задания и отслеживать квантовые программы.

Что такое Q#?

Q# — это язык квантового программирования с открытым кодом для разработки и запуска квантовых программ.

Квантовую программу можно рассматривать как определенный набор классических подпрограмм, которые при их вызове выполняют вычисления путем взаимодействия с квантовой системой. Программа, написанная на Q#, не моделирует квантовое состояние напрямую, а описывает, как классический управляющий компьютер взаимодействует с кубитами. Это позволяет полностью не зависят от того, какое квантовое состояние даже находится на каждом target компьютере, которое может иметь разные интерпретации в зависимости от компьютера.

Q# — это автономный язык, предлагающий высокий уровень абстракции. Нет понятия квантового состояния или цепи; Вместо этого Q# реализует программы с точки зрения операторов и выражений, как классические языки программирования. Таким образом, язык Q# поддерживает интеграцию богатых классических и квантовых вычислений.

Дополнительные сведения см. в разделе "Общие сведения о Q#". Чтобы начать написание кода Q#, см. статью "Создание первой программы Q#".

Что можно сделать с помощью Azure Quantum?

Azure Quantum предлагает широкий спектр служб и инструментов для разработки квантовых решений.

Новости об исследованиях Майкрософт в области квантовых вычислений см. на странице Исследования Майкрософт в области квантовых вычислений.

Гибридные квантовые вычисления

Гибридные квантовые вычисления относятся к процессам и архитектуре классического компьютера и квантовому компьютеру, работающему вместе для решения проблемы. Благодаря последнему поколению архитектуры гибридных квантовых вычислений, доступной в Azure Quantum, можно начать программирование квантовых компьютеров, смешивая классические и квантовые инструкции вместе.

Дополнительные сведения см. в статье "Гибридные квантовые вычисления".

Оценка ресурсов в квантовых вычислениях

В квантовых вычислениях оценка ресурсов — это способность понять ресурсы, то есть количество кубитов, количество квантовых шлюзов, время обработки и т. д., которое потребуется для заданного алгоритма, предполагая (или принимая в качестве параметров) определенные аппаратные характеристики. Понимание количества кубитов, необходимых для квантового решения, и различия между технологиями кубитов позволяют новаторам подготовить и уточнить свои квантовые решения для работы на будущих масштабируемых квантовых машинах и в конечном итоге ускорить их квантовое влияние.

Оценка квантовых ресурсов Azure позволяет оценивать архитектурные решения, сравнивать технологии кубитов и определять ресурсы, необходимые для выполнения заданного квантового алгоритма. Вы можете выбрать из предварительно определенных протоколов отказоустойчивости и указать предположения базовой физической модели кубита. Оценка ресурсов Azure Quantum Resource Estimator вычисляет оценку физических ресурсов после макета, принимая набор входных данных, таких как параметры кубита, код исправления квантовых ошибок (QEC), бюджет ошибки и другие параметры в учет.

Дополнительные сведения см. в статье "Оценка ресурсов в квантовых вычислениях " и "Запуск первой оценки ресурсов".

Квантовое моделирование с помощью Azure Quantum Elements

Квантовые механики — это базовая "операционная система" вселенной. Она описывает поведение основных стандартных блоков окружающей среды. Природные явления, в том числе химические реакции, биологический обмен веществ и строение материалов, во многом основаны на квантовых взаимодействиях. Квантовые вычисления могут помочь в моделировании изначально квантовомеханических систем, например молекул, так как для представления естественных состояний можно использовать кубиты. Примерами квантовых систем, которые квантовые вычисления могут моделировать, являются фотоинтезис, сверхдуктивность и сложные молекулярные образования.

Azure Quantum Elements предназначен для ускорения научного обнаружения. Повторное развертывание производительности исследований и разработки с помощью рабочих процессов моделирования, оптимизированных для масштабирования кластеров высокопроизводительных вычислений Azure (HPC), вычислений с ускорением ИИ, дополненной причины использования ИИ, интеграции с квантовыми инструментами, чтобы начать экспериментировать с существующим квантовым оборудованием и доступом в будущем к квантовому суперкомпьютеру Майкрософт.

Дополнительные сведения см. в статье о разблокировке возможностей Azure для молекулярной динамики.

Квантовое ускорение вычислений

Квантовые компьютеры отлично показывают себя при решении задач, которые требуют расчета большого количества различных возможных комбинаций. Такие типы задач встречаются во многих областях, например в квантовом моделировании, шифровании, квантовом машинном обучении и задачах поиска.

Одной из целей исследований в области квантовых вычислений является изучение того, какие задачи квантовый компьютер решает быстрее, чем обычный компьютер, и насколько значительным может быть такое ускорение вычислений. Одним из известных примеров является алгоритм Гровера, который дает полиномиальную скорость по сравнению с классическими аналогами.

Алгоритм Гровера ускоряет поиск в неструктурированных данных, выполняя меньшее количество шагов, чем любой другой классический алгоритм. Действительно, любую задачу, которая позволяет проверить, является ли данное значение $x$ допустимым решением (задача "да — нет"), можно сформулировать в виде задачи поиска.

Реализация алгоритма Гровера см. в руководстве по реализации алгоритма поиска Grover в Q#.

Поставщики квантовых вычислений, доступные в Azure Quantum

Azure Quantum предлагает некоторые из самых интересных и разнообразных квантовых ресурсов, предоставляемых сегодня лидерами в отрасли. В настоящее время Azure Quantum сотрудничает со следующими поставщиками, позволяющими запускать квантовые программы Q# на реальном оборудовании, а также возможность тестирования кода на симулируемых квантовых компьютерах.

Выберите поставщика, характеристики которого более всего соответствуют требуемым для решения вашей задачи и удовлетворения ваших потребностей.

• IONQ: динамически перенастройка перенастройки квантовых компьютеров с ловушками для до 11 полностью подключенных кубитов, что позволяет запускать двухкубитные шлюзы между любой парой.
• PASQAL (частная предварительная версия): нейтральные квантовые процессоры на основе атомов, работающие при комнатной температуре, с длительным временем согласованности и впечатляющим подключением кубитов.
• Quantinuum: системы с высоким уровнем точности, полностью подключенные кубиты, низкие частоты ошибок, повторное использование кубитов и возможность выполнять измерения среднего канала.
• Rigetti: Системы Rigetti основаны на сверхпроводниковых квантовых процессорах на основе кубитов. Они предлагают быстрые вороты, низкую задержку условной логики и время выполнения программы.

Дополнительные сведения о спецификациях каждого поставщика см. в полном списке вычислений target Quantum.

Сведения о затратах на работу см. в статье "Цены" в Azure Quantum и часто задаваемые вопросы: общие сведения о затратах на работу и выставлении счетов в Azure Quantum.

Поставщики в ближайшее время

• Quantum Circuits, Inc. Полнофункциональные сверхпроводящие цепи с обратной связью в режиме реального времени, которая обеспечивает исправление ошибок, не зависящих от кодирования запутывающих вентилей.

Связанный контент

Начните использовать Azure Quantum:

• Создание рабочей области Azure Quantum
• Начало работы с Q# и Visual Studio Code
• Начало работы с записными книжками Q# и Azure Quantum
• Установите Quantum Development Kit
• Запуск канала Qiskit в Azure Quantum