Azure Quantum は MicrosoftAzureのクラウド量子コンピューティング サービスです。 Azure Quantum は、お客様の作業方法に適応する、オープンで柔軟で将来の量子コンピューティングへのパスを提供します。
Azure Quantum には、業界をリードするプロバイダーの量子ハードウェア、量子ソフトウェア、量子サービスなど、さまざまな量子コンピューティング ソリューションが用意されています。 Azure Quantumを使用すると、実際の量子ハードウェアで量子プログラムを実行し、量子アルゴリズムをシミュレートし、将来のスケーリングされた量子マシンで量子プログラムを実行するために必要なリソースを見積もることができます。
量子コンピューティングと量子アルゴリズムを使用する方法の詳細については、「Quantum Computing とは」を参照してください。
使用を開始する方法 Azure Quantum
Azure Quantumの使用を開始する方法は、現在のセットアップと要件によって異なります。 開発者であるかどうか、また既に Azure アカウントを持っているかどうかに関係なく、 Azure Quantumで体験を始めるさまざまな方法があります。 次の表に、ユーザーの種類に基づくガイダンスを示します。
| ユーザー タイプ | 開始方法 |
|---|---|
| Azure アカウントを持っていないし、開発者ではない | Microsoft Quantum の Web サイトにアクセスする |
| Azure アカウントを持っていないし、開発者です | Visual Studio Code のAzure Quantum Development Kitをインストールする |
| Azure アカウントを持っている | Azure Quantum ワークスペースを作成します。 次に、Azure ポータルを使用するか、Visual Studio Code のQuantum Development Kitをインストールします |
Azureを使用するには、Azure Quantum アカウントを持っている必要はありません。 ただし、 Azure Quantumの実際の量子ハードウェアに量子プログラムを送信する場合は、 Azure アカウントと Azure Quantum ワークスペースが必要です。
Azure アカウントを取得するには、無料で登録し、従量課金制サブスクリプションにサインアップします。 学生の場合は、 学生向けの無料の Azure アカウントを利用できます。
Microsoft Quantum Web サイト
Microsoft Quantum Web サイトは、量子コンピューティングを探索できる中心的なリソースです。 コードの記述と量子概念の理解を深めるのに役立つ、量子に重点を置いた AI エージェントである Azure Quantum で Copilot と連携できます。 また、ブログ、記事、ビデオを通じて専門家や愛好家から学ぶこともできます。
オンライン コード エディターで Q# コード サンプルを試し、コードをクラウドベースの Quantinuum Emulator に送信し、VS Code でコードを開いて、Web が事前に構成された量子環境で動作するようにすることができます。
Microsoft Quantum Web サイトは無料で使用でき、Azure アカウントは必要ありません。 開始するには、 Microsoft (MSA) メール アカウントのみが必要です。 詳細については、「Azure Quantum で Copilot を探索する」を参照してください。
Visual Studio Code
Azure Quantum には、量子開発専用に設計されたソフトウェア開発キットである Quantum Development Kit (QDK) が用意されています。 QDK を使用すると、さまざまな量子プログラミング言語でプログラムを記述したり、コードをデバッグしたり、リアルタイムのコード フィードバックを取得したり、 Azure Quantumを介して実際の量子ハードウェアにジョブを送信したりできます。 QDK では、 Microsoftの Q# プログラミング言語と、Qiskit、Cirq、OpenQASM などの他の言語がサポートされています。
Quantum Development Kitは無料でオープン ソースです。 作業を開始するには、Visual Studio Code (VS Code) に QDK 拡張機能をインストールします。 詳細については、「QDK 拡張機能を設定する」を参照してください。
Note
Azure Quantum プロバイダー ハードウェアでローカル量子プログラムを実行するには、Azure Quantum ワークスペースが必要です。 詳細については、「Azure Quantum ワークスペースの作成」を参照してください。
Azure ポータル
Azure アカウントをお持ちの場合は、Azure ポータルを使用してAzure Quantum ワークスペースを作成します。 Azure Quantum ワークスペースは、量子プログラムの実行に関連付けられている資産のコレクションです。 詳細については、「Azure Quantum ワークスペースの作成」を参照してください。
Azure ポータルを使用すると、量子プログラムを実際の量子ハードウェアに送信したり、Azure Quantum ワークスペースを管理したり、量子ジョブに関する情報を表示したり、量子プログラムを監視したりできます。
Q# とは
Q# は、量子プログラムを開発して実行するために Microsoft によって作成されたオープンソースの量子プログラミング言語です。
量子プログラムは、量子システムと対話して計算を実行する一連の古典的サブルーチンと考えることができます。 Q# プログラムは、量子状態を直接モデル化するのではなく、従来の制御コンピューターが量子ビットとどのように対話するかを記述します。 つまり、Q# はハードウェアに依存しないため、Q# プログラムを記述するときに実際の量子ビット テクノロジを考慮する必要はありません。 Q# コードは、任意の量子ハードウェア テクノロジで実行されます。
Q# は、高度な抽象化を提供するスタンドアロン言語です。 量子状態や回路という概念はありません。 代わりに、Q# は、従来のプログラミング言語と同様に、ステートメントと式の観点からプログラムを実装します。 Q# コードでは、従来のコンピューティング構造と量子コンピューティング構造をシームレスに統合できます。
詳細については、「Q# の概要」を参照してください。 Q# コードの記述を開始するには、「最初の Q# プログラムを作成する」を参照してください。
Azure Quantumでできること
Azure Quantum には、量子ソリューションの開発に役立つさまざまなサービスとツールが用意されています。
Microsoftの量子コンピューティングの研究に関する最新情報については、「Microsoft Research Quantum Computing」ページを参照してください。
ハイブリッド量子コンピューティング
ハイブリッド量子コンピューティングとは、従来のコンピューターと量子コンピューターが連携して問題を解決するためのプロセスとアーキテクチャを指します。 Azure Quantumで利用できる最新世代のハイブリッド量子コンピューター アーキテクチャを使用すると、プログラミングに対する従来の量子ハイブリッド アプローチを使い始めることができます。
詳細については、「ハイブリッド量子コンピューティング」を参照してください。
量子コンピューティングでのリソース推定
量子コンピューティングでは、リソース推定は、量子コンピューターでアルゴリズムを実行するために必要なリソースを理解する機能です。 さまざまな種類の量子ハードウェアでプログラムを実行するためのリソース要件を理解したら、将来のスケーリングされた量子マシンで実行するように量子ソリューションを準備して調整できます。 たとえば、リソース推定は、量子コンピューター上の特定の暗号化アルゴリズムを破る可能性を判断するのに役立ちます。
Azure Quantum Resource Estimator を使用すると、アーキテクチャの決定を評価し、量子ビット テクノロジを比較し、特定の量子アルゴリズムを実行するために必要なリソースを決定できます。 事前に定義されたフォールト トレラント プロトコルから選択することも、独自の推定パラメーターを設定することもできます。 Resource Estimator は、量子ビット パラメーター、量子エラー修正 (QEC) コード、エラー予算、 その他のパラメーターなどの一連の入力によって、レイアウト後の物理リソース推定を計算します。
開始するには、「最初のリソース見積もりを実行する」を参照してください。
Azure Quantumを用いた量子化学シミュレーション
量子力学は、宇宙の基礎となるオペレーティング システムに似ていて、自然の基本的な構成要素がどのように動作するかを説明します。 化学反応、細胞プロセス、材料特性はすべて、本質的に量子機械的であり、多くの場合、膨大な数の量子粒子間の相互作用を伴います。 量子コンピューターでは、量子ビットを使用してこれらのシステム内の自然な量子状態を表すことができるため、分子などの本質的な量子力学システムをシミュレートすることが約束されています。 モデル化できる量子系の例としては、光合成、超伝導、複雑な分子形成などがあります。
QDK と Azure Quantum は、科学的発見を促進するために専用に構築されています。 Azureハイ パフォーマンス コンピューティング (HPC) クラスターのスケーリング、AI 高速コンピューティング、量子ツールと量子ハードウェアとの統合、Microsoftの量子スーパーコンピューターへの将来のアクセスに最適化されたシミュレーション ワークフローを使用して、研究開発の生産性を再発明します。
詳細については、「 分子ダイナミクスの Azure の力のロック解除」を参照してください。
量子の高速化
量子コンピューターは、多数の可能な組み合わせの計算を必要とする問題で非常にうまく機能します。 このような問題は、量子シミュレーション、暗号化、量子機械学習、検索の問題など、多くの領域に存在します。
量子コンピューティング研究の目的の 1 つは、量子コンピューターが従来のコンピューターよりも速く解決できる問題の種類と、高速化の大きさを調することです。 よく知られている例の 1 つはグローバーのアルゴリズムであり、古典的なアルゴリズムよりも多項式の高速化が実現されます。
Grover のアルゴリズムでは、非構造化データ検索の求解が大幅に高速化され、従来のどのアルゴリズムよりも少ない手順で検索を実行できます。 実際、特定の値が有効な解決策 ("はいまたはいいえの問題") であるかどうかを確認できる問題は、検索の問題の観点から作成できます。
グローバーのアルゴリズムの実装については、「チュートリアル: Q# でグローバーの検索アルゴリズムを実装する」を参照してください。
Azure Quantumで利用可能な量子プロバイダー
Azure Quantum は、業界のリーダーから現在利用可能な最も魅力的で多様な量子リソースの一部を提供しています。 Azure Quantum 現在、次のプロバイダーと提携して、実際のハードウェアで量子プログラムを実行したり、ハードウェア シミュレーターでコードをテストしたりできます。
問題の特性とニーズに最適なプロバイダーを選択します。
- IONQ: 最大 36 個の完全に接続された量子ビットに対して動的に再構成可能なトラップイオン量子コンピューター。これにより、任意のペア間で 2 量子ビット ゲートを実行できます。
- PASQAL: 室温で動作し、コヒーレンス時間が長く、量子ビット接続が印象的なニュートラル原子ベースの量子プロセッサ。
- Quantinuum:高忠実度、完全に接続された量子ビット、低いエラー率、量子ビットの再利用、中間回路の測定を実行する機能を備えた、イオン トラップ型システム。
- Rigetti: 超電導量子ビットベースの量子プロセッサを搭載したこれらのシステムは、高速なゲート時間、低遅延の条件付きロジック、および高速なプログラム実行時間を提供します。
各プロバイダーの仕様の詳細については、完全な Quantum コンピューティングの一覧を target 参照してください。
ジョブ コストの詳細については、「Azure Quantumの価格」と「Azure Quantumのジョブ コストと課金についてFAQ」をご参照ください。
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Azure Quantumの使用を開始するには、次のリンクを参照してください。