マイクロソフト Azure Quantum

Microsoft Azure Quantumは、 Microsoftが開発したパブリック クラウド ベースの量子コンピューティングプラットフォームで、開発者が量子アプリケーションを構築するための量子ハードウェア、ソフトウェア、ソリューションを提供します。^{[ 1 ] [ 2 ]} Quantinuum、IonQ、Atom Computingなどのパートナーからのさまざまな量子ハードウェア アーキテクチャをサポートしています。^{[ 3 ]}クラウド プラットフォーム上でアプリケーションを実行するために、Microsoft はQ#量子プログラミング言語を開発しました。^{[ 4 ]}

Azure Quantum には、科学研究用のプラットフォームであるAzure Quantum Elementsも含まれています。これは、人工知能、高性能コンピューティング、量子プロセッサを使用して、計算化学や材料科学における分子シミュレーションや計算を実行します。^{[ 5 ]}

Azure Quantum は、2019 年のMicrosoft Igniteで初めて発表されました。 ^{[ 6 ]}このプラットフォームは 2021 年にパブリック プレビューとして公開され、^{[ 1 ]} Azure Quantum Elements は 2023 年にリリースされました。^{[ 5 ]}

マイクロソフトは、プラットフォーム上のハードウェアパートナーに加えて、本質的にエラーに強い量子ビットを備えたトポロジカル量子コンピュータを開発している。このアプローチは、自身の反粒子として機能し、電荷とエネルギーがゼロであるマヨラナ準粒子に基づいており、これにより、擾乱に対してより耐性のある量子ビットが実現する。 ^{[ 7 ] [ 8 ]}

2023年9月、Azure Quantumの研究者らは、トポロジカル量子コンピューティングのためのマヨラナ準粒子の生成と制御と一致する証拠を発見した。^{[ 8 ] [ 9 ]}

2024年11月、キュービット仮想化システムは、中性原子プロセッサ上で24個のエンタングルした論理キュービット（新記録）を生成した。^{[ 10 ]}この研究では、計算の実行中にエラーの検出と訂正が実証され、Atom Computing社の商用中性原子システムにおける損失訂正の記録上初の実証も含まれている。^{[ 11 ]}

マイクロソフトは量子コンピューティングの実装レベルを3つ導入しました。基礎レベル（ノイズのある中間規模の量子ビット）、耐障害性レベル（信頼性の高い論理量子ビット）、およびスケールレベル（量子スーパーコンピュータ）です。^{[ 7 ] [ 12 ]}

2024年、マイクロソフトはQuantinuumのトラップドイオン量子コンピュータに量子ビット仮想化システムを適用し、当時記録上最も信頼性の高い論理量子ビットである12個の論理量子ビットを生成した。^{[ 13 ]}この研究は、仮想化なしの同じ量子コンピュータの成果よりも800倍優れたエラー率を達成した以前の実証に基づいている。^{[ 13 ] [ 14 ]}

マイクロソフトとフォトニックは、物理的に40メートル離れた量子ビット間でテレポートCNOTゲートも実行した。この研究は、Tセンター間の遠隔量子もつれを確認したものであり、これは長距離量子通信の要件である。^{[ 15 ]}

2025年、マイクロソフトは、トポロジカルコアアーキテクチャを搭載した世界初の量子チップであるMajorana 1 [ ^{16 ]の作成を発表しました。この研究により、トポロジカル超伝導を利用してハードウェアで保護されたトポロジカル量子ビットを制御する、トポコンダクターと呼ばれる新しいクラスの材料が作成されました。 [ 16 ] [ 17 ]}この研究では、Majoranaゼロモードのフェルミオンパリティを1回のショットで決定する方法が利用され、測定に基づくユーティリティスケールのトポロジカル量子計算アーキテクチャに必要な要素が検証されました。^{[ 18 ]}

量子アプリケーション向けに、Azure Quantum は量子プログラミング言語であるQ# (発音: Q シャープ)と、量子アルゴリズムの開発とシミュレーションのためのオープンソースのソフトウェア開発キットを開発しました。^{[ 1 ]}

Azure Quantum Resource Estimator は、フォールトトレラントな量子コンピュータ上で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推定します。^{[ 19 ]}

2023年、Azure Quantum Elementsに、データのクエリと視覚化、コードの記述、シミュレーションの開始を行うためのGPT-4ベースの大規模言語モデルツールであるMicrosoft Copilotが追加されました。^{[ 7 ]}

同年、マイクロソフトはプログラミング言語とターゲット量子プロセッサ間の共通インターフェースとして、LLVMから量子中間表現（QIR）を開発した。 ^{[ 20 ]}

マイクロソフトはまた、ゲート効率の高いアルゴリズム手法を開発し、ゲートの複雑さを低く抑えながらトロッターステップをより高速に実行できるようにすることで、必要な量子ハードウェアリソースを削減する効率的な量子シミュレーションを可能にした。^{[ 21 ]}

Azure Quantum Elements プラットフォームは、人工知能 (AI) と従来の高性能コンピューティングを量子ツールと組み合わせ、材料科学、化学、医薬品研究に活用します。^{[ 22 ]}このプラットフォームは、物理ベースの AI モデルと高度なアルゴリズムを使用して、複雑な研究​​データを処理し、結論を導き出します。^{[ 23 ]}

2024年1月、マイクロソフトとパシフィック・ノースウェスト国立研究所は、AIとHPCを使用して3200万個の新しい候補材料をモデル化およびスクリーニングし、より効率的な充電式電池材料を開発しました。この共同プロジェクトでは、新しい材料候補が生成され、その後、それらの中を超高速で探索して、リチウムイオンに取って代わる可能性のある単一の適切な候補に到達しました。^{[ 24 ]}

2024 年 7 月、マイクロソフトは、生成 AI を使用して特定のアプリケーションで使用する適切な分子を識別する Azure Quantum Elements 用の生成化学ツールをリリースしました。マイクロソフトはまた、密度汎関数理論( DFT) を使用して分子の電子構造のシミュレーションをシミュレートする高速密度汎関数理論ツールもリリースしました。^{[ 25 ]}

マイクロソフトは、AIとクラウド高性能コンピューティングを統合した2つの論理量子ビットを使用して、実用的な化学問題を解決しました。^{[ 26 ]}マイクロソフトによると、キラル分子を生成する触​​媒反応に関するこのケーススタディは、HPCシステム、AI、および量子コンピューティングハードウェアが特定の科学的問題を解決するために一緒に展開された最初の例です。^{[ 26 ]}

医薬品分野では、Azure Quantum ElementsとHPCプラットフォームが、1910 Genteticsの計算およびウェットラボの生物学的情報、ロボットによるラボ自動化、創薬のためのマルチモーダルAIモデルと統合されました。^{[ 27 ]}

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