Was ist Azure Quantum?

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

Azure Quantum bietet eine Reihe von Quantencomputing-Lösungen, 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 Quantenmaschinen erforderlich sind.

Weitere Informationen dazu, wie Sie Quantencomputing und Quantenalgorithmen verwenden können, finden Sie unter Was ist Quantum Computing?

Erste Schritte mit Azure Quantum

Um Azure Quantum zu verwenden, müssen Sie über ein Azure-Konto und einen Azure Quantum-Arbeitsbereich verfügen. Um Quantenprogramme zu entwickeln und Aufträge zu übermitteln, um Ihre Programme auf Azure Quantum auszuführen, verwenden Sie die Microsoft Quantum Development Kit (QDK).

Um ein Azure Konto zu erhalten, registrieren Sie sich kostenlos, und registrieren Sie sich für ein Pay-as-you-go-Abonnement. Wenn Sie Schüler sind, können Sie ein kostenloses Azure Konto für Kursteilnehmer nutzen.

Die Microsoft Quantum-Website

Die MicrosoftQuantum-Website ist eine zentrale Ressource, auf der Sie Quantencomputing bei Microsoft erkunden können. Sie erhalten die neuesten Nachrichten und Informationen von Microsoft Quantum. Sie können von Experten und Enthusiasten über Blogs, Artikel und Videos lernen.

Sie benötigen kein Azure Konto, um auf die Ressourcen und Informationen auf der Website Microsoft Quantum zuzugreifen.

Der Microsoft Quantum Development Kit

Das Microsoft Quantum Development Kit (QDK) ist ein Softwareentwicklungskit, das speziell für die Quantenentwicklung entwickelt wurde. Mit dem QDK können Sie Programme in verschiedenen Quantenprogrammiersprachen schreiben, Ihren Code debuggen, Quantenschaltungen und Ergebnisse visualisieren und Aufträge an Quantenhardwareanbieter auf Azure Quantum übermitteln. Der QDK unterstützt Microsoftdie Q#-Programmiersprache zusammen mit anderen Sprachen wie Qiskit, Cirq und OpenQASM.

Der QDK ist kostenlos und open Source. Installieren Sie zunächst die QDK-Erweiterung in Visual Studio Code (VS Code) oder installieren Sie die QDK-Python-Bibliothek. Weitere Informationen finden Sie unter Einrichten der Microsoft Quantum Development Kit.

Das Azure Portal

Wenn Sie über ein Azure-Konto verfügen, verwenden Sie das Azure Portal, um einen Azure Quantum Arbeitsbereich zu erstellen. Ein Azure Quantum Arbeitsbereich ist eine Sammlung von Objekten, die mit dem Ausführen von Quantenprogrammen verknüpft 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, Informationen zu Ihren Quantenaufträgen anzeigen und Ihre Quantenprogramme überwachen.

Was ist Q#?

Q# ist eine Open-Source-Quantenprogrammiersprache, die von Microsoft erstellt wurde, um Ihre Quantenprogramme zu entwickeln und auszuführen.

Sie können sich ein Quantenprogramm als eine Reihe klassischer Subroutinen vorstellen, die mit einem Quantensystem interagieren, um eine Berechnung durchzuführen. Ein Q#-Programm modelliert nicht direkt den Quantenzustand, sondern beschreibt, wie ein klassischer Steuercomputer mit Qubits interagiert. Q# ist hardwareagnostisch, sodass Sie beim Schreiben von Q#-Programmen keine tatsächlichen Qubit-Technologien in Betracht ziehen müssen. Ihr Q#-Code kann auf jeder Quantenhardwaretechnologie ausgeführt werden.

Q# ist eine eigenständige Sprache, die eine hohe Abstraktionsebene bietet. Es gibt keine Vorstellung von einem Quantenzustand oder einer Schaltung. Stattdessen implementiert Q# Programme in Bezug auf Anweisungen und Ausdrücke, wie klassische Programmiersprachen wie Python. Sie können klassische und Quantencomputingstrukturen nahtlos in Ihren Q#-Code integrieren.

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 Quantumtun?

Azure Quantum bietet eine breite Palette von Dienstleistungen und Tools, die Ihnen bei der Entwicklung von Quantenlösungen helfen.

Die neuesten Informationen zur Quantencomputing-Forschung von Microsoft finden Sie auf der Seite zur Microsoft Quantencomputing-Forschung.

Hybrides Quantenrechnen

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 Quantencomputerarchitektur, die in Azure Quantum verfügbar ist, können Sie mit einem hybriden Ansatz aus klassischer und Quantenprogrammierung beginnen.

Weitere Informationen finden Sie unter Was ist Hybrid Quantum Computing?

Ressourcenschätzung beim Quantencomputing

Bei der Quantenberechnung ist die Ressourcenschätzung eine Technik, um die Ressourcen zu verstehen, die zum Ausführen eines Algorithmus auf einem Quantencomputer erforderlich sind. Wenn Sie die Ressourcenanforderungen zum Ausführen Ihrer Programme auf verschiedenen Arten von Quantenhardware verstehen, können Sie Ihre Quantenlösungen vorbereiten und verfeinern, um auf zukünftigen skalierten Quantencomputern ausgeführt zu werden. Die Ressourcenschätzung kann Ihnen beispielsweise helfen, die Durchführbarkeit eines bestimmten Verschlüsselungsalgorithmus auf einem bestimmten Quantencomputertyp zu ermitteln.

Mit dem Microsoft Quantum resource estimator können Sie Architekturentscheidungen bewerten, Qubit-Technologien vergleichen und die Ressourcen bestimmen, die Sie zum Ausführen eines bestimmten Quantenalgorithmus benötigen. Sie können aus vordefinierten fehlertoleranten Protokollen wählen oder eigene Schätzungsparameter festlegen. Der Ressourcenschätzer berechnet nach dem Layout physische Ressourcenschätzungen aus einer Reihe von Eingaben wie Qubit-Parametern, dem QEC-Code (Quantum Error Correction), dem Fehlerbudget und anderen Parametern.

Informationen zu den ersten Schritten finden Sie unter Ausführen der ersten Ressourcenschätzung.

Quantenchemiesimulationen mit Azure Quantum und dem QDK

Man kann sich quantenmechanik als das zugrunde liegende Betriebssystem unseres Universums vorstellen, das beschreibt, wie sich die grundlegenden Bausteine der Natur verhalten. Chemische Reaktionen, Zellprozesse und Materialeigenschaften sind alle quantenmechanisch in der Natur und umfassen häufig Interaktionen zwischen einer großen Anzahl von Quantenpartikeln. Quantencomputer haben versprechen, quantenmechanische Systeme wie Moleküle zu simulieren, da Qubits verwendet werden können, um die natürlichen Quantenzustände in diesen Systemen darzustellen. Beispiele für Quantensysteme, die Qubits modelliert können, sind Photosynthese, Superduktivität und komplexe molekulare Formationen.

Das QDK und Azure Quantum sind zwecks Beschleunigung der wissenschaftlichen Entdeckung entwickelt. Erfinden Sie Ihre Forschungs- und Entwicklungsproduktivität mit Simulationsworkflows neu, die für die Skalierung auf Azure HPC-Clustern (High-Performance Computing), KI-beschleunigtes Computing, Integration in Quantentools und Quantenhardware und zukünftigen Zugriff auf Microsoftden Quanten-Supercomputer optimiert sind.

Weitere Informationen finden Sie unter Entsperren der Leistungsfähigkeit der Azure molekularen Dynamik.

Quantengeschwindigkeit

Quantencomputer sind besonders gut darin, Probleme zu lösen, die Berechnungen einer großen Anzahl möglicher Kombinationen erfordern. Diese Arten von Problemen finden Sie in vielen Bereichen wie Quantensimulation, Kryptografie, quantenbasiertes maschinelles Lernen und Probleme bei der Suche.

Eines der Ziele der Quantencomputingforschung ist es, die Arten von Problemen zu untersuchen, die ein Quantencomputer schneller als ein klassischer Computer lösen kann und wie viel schneller. Ein bekanntes Beispiel ist der Grover-Algorithmus, der gegenüber klassischen Algorithmen eine polynomiale Beschleunigung erzielt.

Der Algorithmus von Grover beschleunigt die Lösung für unstrukturierte Datensuchen, indem die Suche in weniger Schritten ausgeführt wird als jeder klassische Algorithmus. Im Allgemeinen können Probleme, mit denen Sie überprüfen können, ob ein bestimmter Wert eine gültige Lösung ist (ein "Ja oder kein Problem") in Bezug auf das Suchproblem formuliert werden.

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

Quantum-Anbieter verfügbar auf Azure Quantum

Azure Quantum bietet einige der überzeugendsten und vielfältigsten Quantenressourcen, die heute von Branchenführern zur Verfügung stehen. Azure Quantum derzeit mit den folgenden Anbietern zusammen, damit Sie Ihre Quantenprogramme auf realer Hardware oder auf Hardwaresimulatoren ausführen können.

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 36 voll verbundene Qubits, mit denen Sie ein Zwei-Qubit-Gate zwischen jedem Paar ausführen können.
• Pasqal: 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: Unterstützt von qubitbasierten Quantenprozessoren, bieten diese Systeme 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.

Zugehöriger Inhalt

Um mit der Verwendung Azure Quantumzu beginnen, erkunden Sie die folgenden Links:

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