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Microsoft: Public Preview für Azure Quantum

Azure Quantum nähert sich allmählich der Serienreife. Seit Microsofts Build-Veranstaltung im letzten Jahr ist Azure Quantum in einer begrenzten Vorschau verfügbar, und Entwickler ausgewählter Unternehmen haben die Plattform in den letzten Monaten pilotiert. Es wurden Experimente in vielen verschiedenen Bereichen durchgeführt, darunter Materialdesign, Finanzmodellierung und Verkehrsoptimierung.  Jetzt stellt das Unternehmen Azure Quantum einer breiteren Öffentlichkeit  als Public Preview zur Verfügung.

Einen kostenlosen vierstündigen Azure Quantum Developer Workshop veranstaltet Microsoft am 2. Februar 2021  um 17.00 Uhr MEZ. Dort können Interessenten von Microsoft-Partnern wie Honeywell mehr über die neuesten Lösungen für Quantencomputing und -optimierung erfahren. Diese werden die neuen Funktionen zusammen mit technischen Demos und einer Live-Fragerunde am Ende des Workshops vorstellen.

„Mit Azure Quantum Public Preview öffnen wir die Technologie für ein breiteres Ökosystem“, erklärt Julie Love, Senior Director bei Microsoft Quantum. „Das bedeutet, dass Entwickler, Forscher, Systemintegratoren und Kunden sie nutzen können, um zu lernen und zu bauen.“

Azure Quantum zielt darauf ab, einen One-Stop-Shop für Entwickler zu schaffen, komplett mit den Software- und Hardware-Ressourcen, die notwendig sind, um Quantenanwendungen zu bauen.

Quantum Computing basiert auf anderen Bausteinen als klassisches Computing. Während klassische Bits nur einen einzigen Wert von entweder Null oder Eins halten können, können Quantenbits – oder Qubits – so programmiert werden, dass sie mehrere Werte gleichzeitig halten. Durch Ausnutzung dieser besonderen Eigenschaft von Qubits können Quantencomputer Probleme exponentiell schneller lösen als klassische Computer, obwohl Quantengeräte noch in den Kinderschuhen stecken

Das Azure Quantum-Ökosystem umfasst auch Softwarepakete, die Entwicklern den Einstieg in das Schreiben von Quantenanwendungen erleichtern. Darunter ein Open-Source-Quantum Development Kit (QDK), das Forschern eine Grundlage für die Entwicklung neuer Algorithmen mit Q#, einer auf Quanten fokussierten Programmiersprache, bietet.

Forscher können das QDK verwenden, um neue Quantenalgorithmen zu entwickeln und zu testen, um kleine Beispiele auf einem Simulator laufen zu lassen oder um den Ressourcenbedarf abzuschätzen, um Simulationen im großen Maßstab auf zukünftigen Quantencomputern laufen zu lassen. Das GitHub-Repository von QDK enthält auch Open-Source-Q#-Bibliotheken und -Beispiele, die für die Entwicklung von Quantencomputer-Anwendungen verwendet werden können.

„Die Forschung im Bereich Quantencomputing wird in Azure Quantum durch ein reichhaltiges Set an Tools ermöglicht, das aus dem QDK und der Q#-Programmiersprache für Quanten besteht“, so Love. „Die Q#-Programmiersprache ist eine moderne High-Level-Sprache, die langlebigen, dauerhaften Code verspricht, was bedeutet, dass Ihr Code über verschiedene Arten von Quanten-Hardware und auf zukünftigen Quantensystemen funktionieren wird.“

Microsoft hat begonnen, an Quantenanwendungen in der Chemie zu arbeiten, und hat kürzlich einige Forschungsergebnisse zur Verwendung von Quantencomputern zur Entwicklung eines Katalysators veröffentlicht, der Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernen könnte. In frühen Tests von Azure Quantum arbeitete Microsoft auch mit dem Materialforschungsunternehmen Dow zusammen, um eine Quantendarstellung eines chemischen Problems mit Hilfe der Q#-Sprache zu erstellen.

Die derzeit verfügbaren Quantengeräte können nur eine kleine Anzahl von Qubits unterstützen, was bedeutet, dass die Quantenalgorithmen, die heute auf Microsofts Quantenplattform entwickelt werden, für kleine Probleme mit geringer geschäftlicher Relevanz ausgelegt sind. Aber wie Love erklärt, ist der Sinn von Azure Quantum eher, mit Quantenfähigkeiten herumzutüfteln, um die Grundlage in Erwartung besserer zukünftiger Hardware zu schaffen.

„Diese Anwendungen des Quantencomputings versprechen, einige der größten Herausforderungen unseres Planeten zu lösen – in den Bereichen Energie, Klima, Materialien, Landwirtschaft, Gesundheitswesen und mehr“, erklärt Love. „Probleme wie diese werden den Einsatz von großer, skalierbarer, fehlertoleranter Quanten-Hardware erfordern, die sich in der Entwicklung befindet, und es ist entscheidend, dass wir heute mit dem Bau und Testen dieser Quantenmethoden beginnen.“

Azure Quantum bietet eine Alternative für Entwickler, die nicht darauf warten wollen, bis ein voll skalierbarer Quantencomputer zur Verfügung steht. Microsoft engagiert sich tatsächlich auf dem Gebiet der quanteninspirierten Technologie – eine Methode, die darin besteht, einige Quanteneffekte auf klassischen Computern zu emulieren, um in naher Zukunft die Vorteile des Quantencomputers zu nutzen.

Die Idee ist, bestimmte Quanten-Verhaltensweisen zu imitieren, um quanteninspirierte Algorithmen zu entwickeln, die dann auf klassischer Hardware ausgeführt werden können, um schwierige Probleme zu lösen und so einen signifikanten Speedup gegenüber traditionellen Ansätzen zu erreichen. Die Methode eignet sich besonders für Optimierungsprobleme.

Azure Quantum-Kunden können daher quanteninspirierte Optimierungslöser von Microsoft und dem Partnerunternehmen 1QBit nutzen, um große Probleme in Azure auf klassischen Prozessoren, Grafikkarten und logischen Schaltkreisen auszuführen.

Die von Azure Quantum bereitgestellten quanteninspirierten Methoden wurden beispielsweise von der Firma OTI Lumionics, einem Unternehmen für fortschrittliche Materialien, für das Design von OLED-Displays der nächsten Generation eingesetzt. Auch Ford hat die Technologie zur Verbesserung der Verkehrsoptimierung getestet, mit vielversprechenden Ergebnissen in Szenarien mit bis zu 5.000 Fahrzeugen.

Bei der Vorschau auf Azure Quantum arbeiteten auch das Softwareunternehmen Jij und Toyota Tsusho mit Quanten-inspirierten Tools an der Lösung von Mobilitätsherausforderungen, indem sie das Timing von Ampeln optimierten, um Staus in Städten zu entlasten. Die Forscher waren in der Lage, die Wartezeit von Autos im Vergleich zu herkömmlichen Optimierungsmethoden um 20% zu reduzieren.

„Wir haben bereits spannende Arbeiten von Kunden und Partnern in den Bereichen Verkehrsoptimierung, Finanzmodellierung, Transport und Logistik, Materialdesign und mehr gesehen“, so Love. „Ich bin sehr gespannt, auf welche neuen Ideen die Entwickler kommen, sobald sie die Tools und Lösungen in der Hand haben, insbesondere für Lösungen für unsere größten Herausforderungen im Bereich Klima und Umwelt.“

Parallel zum Betrieb der Azure-Quantum-Plattform entwickelt Microsoft derzeit einen eigenen Quantencomputer, aber die Technologie ist noch nicht weit genug fortgeschritten, um mit anderen Cloud-basierten Quantenprozessoren zu konkurrieren. Der Tech-Gigant verfolgt eine andere Methode als seine Konkurrenten, die auf einem sogenannten „topologischen Qubit“ basiert. Microsoft argumentiert, dass dieses vor Rauschen geschützt ist und Informationen besser speichern kann.

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Jakob Jung

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