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Azure Quantum 是什么?

Azure Quantum 是 MicrosoftAzure 的云量子计算服务。 Azure Quantum 提供一个开放、灵活且面向未来的量子计算路径,该路径适合你的工作方式。

Azure Quantum 提供一系列量子计算解决方案,包括来自行业领先的提供商、量子软件和量子服务的量子硬件。 借助 Azure Quantum,可以在实际量子硬件上运行量子程序、模拟量子算法,并估计将来缩放量子计算机上运行量子程序所需的资源。

若要详细了解如何使用量子计算和量子算法,请参阅 什么是量子计算?

如何开始使用 Azure Quantum

你开始使用 Azure Quantum 的方式取决于你的设置和要求。 无论你是开发人员,并且无论你是否已经有一个 Azure 帐户,都有不同的方法可以和 Azure Quantum 开始你的旅程。 下表提供了基于用户类型的指导:

用户类型 如何开始
我没有 Azure 帐户,我不是开发人员 Microsoft访问 Quantum 网站
我没有 Azure 帐户,我是开发人员 安装 Azure Quantum Development Kit 的 Visual Studio Code 插件
我有一个 Azure 帐户 创建工作区Azure Quantum。 然后,使用 Azure 门户 或安装 Quantum Development Kit 适用于Visual Studio Code的插件

使用 Azure Quantum 无需拥有 Azure 帐户。 但是,如果要将量子程序提交到 Azure Quantum 的真实量子硬件,那么需要拥有一个 Azure 帐户和一个 Azure Quantum 工作区。

若要获取 Azure 帐户,请免费注册并注册 即用即付订阅。 如果你是学生,则可以利用 学生的免费 Azure 帐户

Microsoft Quantum 网站

Microsoft Quantum 网站是一个核心资源,可在其中探索量子计算。 你可以与 Copilot Azure Quantum互动,这是一个以量子为中心的 AI 代理,可帮助你编写代码并更好地了解量子概念。 还可以通过博客、文章和视频向专家和爱好者学习。

可以在 联机代码编辑器中试用 Q# 代码示例,将代码提交到基于云的 Quantinuum 模拟器,并在 VS Code 中打开代码 ,以便 Web 在预配置的量子环境中工作。

Microsoft Quantum 网站是免费的,不需要帐户Azure。 若要开始,只需使用一个 Microsoft (MSA) 电子邮件帐户。 有关详细信息,请参阅“浏览 Copilot”Azure Quantum

Visual Studio Code

Azure Quantum 提供 Quantum Development Kit QDK,这是一个专为量子开发设计的软件开发工具包。 借助 QDK,可以采用不同的量子编程语言编写程序、调试代码、获取实时代码反馈,并通过该 Azure Quantum代码将作业提交到真正的量子硬件。 QDK 支持 MicrosoftQ# 编程语言以及 Qiskit、Cirq 和 OpenQASM 等其他语言。

该 Quantum Development Kit 是免费的和开放源代码的。 若要开始,请在 Visual Studio Code(VS Code)中安装 QDK 扩展。 有关详细信息,请参阅 安装 QDK 扩展

注意

为了在Azure Quantum提供商的硬件上运行您的Azure Quantum本地量子程序,需要一个工作区。 有关详细信息,请参阅 “创建 Azure Quantum 工作区”。

门户Azure

如果您有Azure帐户,请使用Azure门户创建Azure Quantum工作区。 Azure Quantum工作区是与运行量子程序关联的资产集合。 有关详细信息,请参阅 “创建 Azure Quantum 工作区”。

在Azure门户中,你可以将量子程序提交到真实量子硬件,管理Azure Quantum工作区,查看量子作业信息,并监控量子程序。

什么是 Q#?

Q# 是一种开源量子编程语言,由 Microsoft 开发并运行量子程序。

可以将量子程序视为一组与量子系统交互以执行计算的经典子例程。 Q# 程序不直接对量子状态进行建模,而是描述经典控制计算机如何与量子比特交互。 换句话说,Q# 与硬件无关,因此编写 Q# 程序时无需考虑实际的量子比特技术。 Q# 代码将在任何量子硬件技术上运行。

Q# 是一种提供高级别抽象的独立语言。 没有量子状态或线路的概念。 相反,Q# 在语句和表达式方面实现程序,这与经典编程语言非常类似。 可以在 Q# 代码中无缝集成经典计算和量子计算结构。

有关详细信息,请参阅 Q# 简介。 若要开始编写 Q# 代码,请参阅 创建第一个 Q# 程序

我可以做什么 Azure Quantum?

Azure Quantum 提供广泛的服务和工具,可帮助你开发量子解决方案。

有关量子计算研究的最新信息 Microsoft,请参阅 Microsoft “研究量子计算 ”页。

混合量子计算

混合量子计算是指经典计算机的过程和体系结构,以及协同工作的量子计算机来解决问题。 随着最新一代混合量子计算机体系结构的推出 Azure Quantum,你可以开始使用经典量子混合编程方法。

有关详细信息,请参阅 混合量子计算

量子计算中的资源估算

在量子计算中,资源估算是了解在量子计算机上运行算法所需的资源的能力。 了解在不同类型的量子硬件上运行程序的资源要求时,可以准备和优化量子解决方案,以便在将来缩放的量子计算机上运行。 例如,资源估算可以帮助你确定在量子计算机上打破特定加密算法的可行性。

利用Azure Quantum资源估算器,可以评估体系结构决策、比较量子比特技术并确定运行给定量子算法所需的资源。 可以从预定义的容错协议中进行选择,也可以设置自己的估计参数。 资源估算器根据一组输入(例如量子比特参数、量子误差更正(QEC)代码、错误预算 和其他参数计算布局后的物理资源估算。

若要开始操作,请参阅运行首次资源估算

显示资源估算器提供的组件和相应的自定义项的关系图。

使用Azure Quantum进行量子化学模拟

量子力学就像我们宇宙的基础作系统,并描述了自然的基本构建基块的行为方式。 化学反应、细胞过程和材料属性本质上都是量子机械特性,通常涉及大量量子粒子之间的相互作用。 量子计算机承诺模拟内部量子机械系统(如分子),因为量子比特可用于表示这些系统中的自然量子态。 我们可以建模的量子系统的示例包括光合作用、超导和复杂的分子形成。

QDK 和 Azure Quantum 专门设计用于加速科学发现。 利用针对高性能计算(HPC)群集、AI 加速计算、与量子工具和量子硬件集成以及未来访问Azure量子超级计算机而优化的Microsoft模拟工作流,重塑研发工作效率。

有关详细信息,请参阅解锁分子动力学的力量Azure

量子加速

量子计算机非常适用于需要计算大量可能组合的问题。 可以在许多领域(例如量子模拟、加密、量子机器学习以及搜索问题)中找到这些类型的问题。

量子计算研究的目标之一是研究量子计算机比传统计算机更快地解决哪些类型的问题,以及加速的速度有多大。 一个众所周知的示例是 Grover 的算法,该算法相比经典算法实现多项式速度提升。

Grover 算法加快了非结构化数据搜索解决方案的速度,与传统算法相比,其搜索步骤更少。 事实上,允许检查给定值是否是有效的解决方案(“是或否问题”)的问题,都可以根据搜索问题来制定。

有关 Grover 算法的实现,请参阅 教程:在 Q# 中实现 Grover 的搜索算法。

可在 Azure Quantum 上获取的量子提供程序

Azure Quantum 提供当今行业领导者提供的一些最引人注目和最多样化的量子资源。 Azure Quantum 目前与以下提供商合作,使你能够在真实硬件上运行量子程序,并且可以选择在硬件模拟器上测试代码。

选择最适合你的问题特征和需求的提供程序。

  • IONQ:动态可重新配置的囚禁离子量子计算机,最多支持 36 个完全连接的量子比特,可以在任意一对之间运行双量子比特门。
  • PASQAL:在高温下运行的中性基于原子的量子处理器,具有较长的一致性时间和令人印象深刻的量子比特连接。
  • Quantinuum:离子阱系统可实现高保真、全连接量子比特、低错误率和量子比特重用,并且能够执行中间线路测量。
  • Rigetti:由基于超导量子比特的量子处理器提供支持,这些系统提供快速门时间、低延迟条件逻辑和快速程序执行时间。

有关每个提供程序的规范的详细信息,请参阅完整的 量子计算target 列表

有关作业成本的信息,请参阅 “定价” Azure Quantum“常见问题解答:了解作业成本和计费方式 Azure Quantum”。

若要开始使用 Azure Quantum,请浏览以下链接: