Was ist neu in Azure Quantum

Wir sagen Ihnen, wie Sie dank Azure Quantum echte Quantencomputer kostenlos ausprobieren können.

Seit Microsoft im Februar 2021 Azure Quantum eingeführt hat, gab es einige interessante Entwicklungen auf der Plattform. Dieses Mal konzentrieren wir uns darauf, wie man Quantenalgorithmen kostenlos auf echten Computern einsetzen kann.

Freies Guthaben auf Azure Quantum

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Am 3. Februar 2022 kündigte Microsoft sein Programm für kostenlose Credits an, für das keine vorherige Genehmigung erforderlich ist. Im Rahmen dieses Programms erhalten wir 500 Dollar bei jedem Anbieter von Quantencomputern, der sich für das Programm angemeldet hat, derzeit IonQ und Quantinuum.

Um die kostenlosen Credits zu erhalten, fügen Sie einfach die gewünschten Anbieter zu Ihrem neuen oder bestehenden Quantum Workspace hinzu und wählen den Preisplan Azure Quantum Credits. So einfach geht’s. Die Credits verfallen nach sechs Monaten.

Falls wir mehr Guthaben benötigen, können wir versuchen, uns beim Microsoft’s original free credit programme zu bewerben, um bis zu 10.000 $ zu erhalten.

Anbieter von Quantencomputern

Derzeit gibt es folgende Anbieter von Quantencomputern, für die wir unsere kostenlosen Credits ausgeben können:

• Quantinuum:
  • Quantinuum H1, powered by Honeywell: 10 Qubits, Quantenvolumen von 2048.
• IonQ:
  • Trapped Ion QC: 11 Qubits

Quantinuum ist der Zusammenschluss von Cambridge Quantum und Honeywell Quantum Solutions.

Im Laufe des Jahres 2022 werden neue Anbieter und Quantencomputer erwartet:

• Pasqal:
  • Basiert auf neutralen Atomen (gleiche Anzahl von Elektronen und Protonen)

• Quantum Circuits Inc.
• Quantum Circuits Inc.
• Quantum Circuits Inc.
  • Basierend auf Supraleitern

• Rigetti:
  • Basierend auf Supraleitern.
  • Aspen-11: 40 Qubits
  • Aspen-M-1: 80 Qubits
• IonQ:
  • Basierend auf gefangenen Ionen
  • Aria: 20 algorithmische Qubits

Sie können sich unter folgendem Link registrieren, um Zugang zu den früheren Versionen von QCI, Rigetti und Pasqal zu erhalten.

Entwicklungswerkzeuge

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Eine weitere wichtige Neuerung in Azure Quantum sind die neuen Software Development Kits (SDKs) für die Entwicklung von Quantenalgorithmen.

Das Microsoft QDK (Quantum Development Kit) ist das Entwicklungskit für die Erstellung und Ausführung von Quantenanwendungen. Für die Erstellung einer Quantenanwendung können verschiedene Sprachen und Tools verwendet werden. Bisher musste reiner Quantencode in Q# geschrieben werden, der dann oft mit C#- oder Python-Code als Host-Code integriert wurde.

Derzeit können mit Python als Sprache für den Host-Code andere Bibliotheken verwendet werden, um Quantencode zu schreiben. Die neuen Möglichkeiten sind wie folgt:

• Qiskit: IBMs SDK, enthält zahlreiche Bibliotheken für Schaltungen, Fehlerkontrolle, Chemie, künstliche Intelligenz, Finanzen…
• Cirq: Das SDK von Google enthält Bibliotheken wie OpenFermion (Chemie), TensorFlow Quantum und andere.
• Spezifisches Format, das vom Hardwarehersteller unterstützt wird: z.B. OpenQASM für Quantinuum oder IonQ Json für IonQ.

Damit eröffnet sich die Möglichkeit, Quantenanwendungen, die für andere Plattformen wie Google oder IBM entwickelt wurden, direkt auf Azure Quantum laufen zu lassen.

Die Integration ist denkbar einfach. Ein in Qiskit geschriebenes Programm müsste zum Beispiel nur wie folgt ergänzt werden, um in Azure Quantum zu laufen:

Das Ausführen von Code ist mit der neuen Erweiterung des Azure-Portals um Jupyter Notebooks einfacher denn je:

Zukunftsaussichten

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Wie wir gesehen haben, ist die Plattform gut auf dem Markt positioniert und fügt ständig neue Funktionen sowohl in der Software als auch in der Hardware hinzu, da die verschiedenen Anbieter ihre Technologien weiterentwickeln.

Peter Chapman, Präsident und CEO von IonQ, kündigte kürzlich an, dass Azure Quantum die erste Plattform sein wird, über die der neueste Quantencomputer, der IonQ Aria, zugänglich sein wird.

Auf der Softwareseite wird in Kürze eine neue Programmiersprache in die Liste der auf Azure Quantum verfügbaren Sprachen aufgenommen: Quil (Quantum Instruction Language), entwickelt von Rigetti.

Auf der anderen Seite schreitet die Entwicklung der Quanten-Hardware in rasantem Tempo voran. Wir befinden uns derzeit in der NISQ-Ära (Noisy Intermediate-Scale Quantum), was bedeutet, dass die vorhandenen Quantencomputer aufgrund des Rauschens oder der Interferenzen, die die Qubits stören und die Dekohärenz von Quantenzuständen erzeugen, nur schwer skalierbar sind. Trotzdem hat sich die Rechenkapazität von Quantencomputern in den letzten Jahren dank der Weiterentwicklung der Hardware und Verbesserungen bei der Fehlerkorrektur jährlich fast verdoppelt.

Parallel dazu wird daran gearbeitet, Quantencomputer leichter skalierbar zu machen; in diesem Zusammenhang hat Microsoft am 14. März 2022 einen wichtigen Meilenstein für die Konstruktion eines topologischen Qubits auf der Grundlage der so genannten Majorana-Nullmoden bekannt gegeben. Dem Forscherteam von Microsoft ist es gelungen, Majorana-Nullmoden an beiden Enden eines Nanodrahtes zu erzeugen und damit eine natürliche Schutzschicht gegen Interferenzen zu schaffen, die es ermöglicht, ein Qubit zu isolieren und Dekohärenzfehler drastisch zu reduzieren. Die einzige Möglichkeit, den Quantenzustand des Qubits zu messen, bestünde darin, den kombinierten Zustand der beiden Enden des Nanodrahtes gleichzeitig zu lesen.