クラウドベースの量子コンピューティング

クラウドベースの 量子コンピューティングとは、クラウドを通じて量子エミュレーター、シミュレーター、またはプロセッサを呼び出すことです。クラウド サービスは、量子処理へのアクセスを提供する方法としてますます注目されています。量子コンピューターは、量子物理学を処理能力に取り入れることで、その膨大な計算能力を実現します。ユーザーがインターネットを通じてこれらの量子コンピューターにアクセスできる場合、それはクラウド内の 量子コンピューティングとして知られています。

2016年、IBMは小型の量子コンピュータをクラウドに接続し、シンプルなプログラムをクラウド上で構築して実行できるようにしました。^[1] 2017年初頭、Rigetti Computingの研究者はpyQuil Pythonライブラリを使用して、初のプログラム可能なクラウドアクセスを実証しました。^[2]学術研究者や教授から小学生まで、多くの人がすでにプログラムツールを使用してさまざまな量子アルゴリズムを実行するプログラムを構築しています。一部の消費者は、高速コンピューティングを使用して金融市場をモデル化したり、より高度なAIシステムを構築したりすることを望んでいました。これらの使用方法により、専門の研究室や機関の外にいる人々が、このような驚異的なテクノロジーを体験し、より詳しく学ぶことができます。^[3]

クラウドベースの量子コンピューティングは、さまざまなコンテキストで使用されます。

• 教育においては、教師はクラウドベースの量子コンピューティングを利用して、生徒が量子力学をより深く理解できるようにし、量子アルゴリズムを実装してテストすることができます。^{[4] [5]}
• 研究では、科学者はクラウドベースの量子リソースを使用して、量子情報 理論をテストしたり、^[6]実験を実行したり、^[7]アーキテクチャを比較したり、^[8]などを行うことができます。
• ゲームでは、開発者はクラウドベースの量子リソースを使用して量子ゲームを作成し、人々に量子の概念を紹介することができます。^[9]
• デジタル変革では、テラバイト規模のビッグデータを処理し、価値ある将来の結果を予測することができます。
• クラウドベースの量子アプリ開発で使用され、中小企業向けにカスタマイズされたアプリケーションを構築します。

• qBraid ^[10]のqBraid Labは、量子コンピューティングのためのクラウドベースのプラットフォームです。量子分野の研究者や開発者にソフトウェアツールを提供し、量子ハードウェアへのアクセスも提供します。qBraidは、2023年8月現在、IBM、Xanadu、OQC、QuEra、Amazon Braketシミュレーター、Rigetti、IonQなどのIBMおよびAmazon Braketデバイスへのクラウドベースのアクセスを提供しています。クラウド量子コンピューティングプラットフォームには無料層が付属しており、クレジットを購入することでハードウェアとシミュレーターに無制限にアクセスできます。
• QuandelaのQuandela Cloudは、クラウドアクセス可能なヨーロッパ初の光量子コンピュータです。このコンピュータはPercevalスクリプト言語を使用してインターフェースされており、チュートリアルとドキュメントはオンラインで無料で利用できます。^[11]
• XanaduのXanadu Quantum Cloudは、3つの完全にプログラム可能な光量子コンピュータへのクラウドベースのアクセスで構成されています。^[12]
• Rigetti ComputingのForestは量子コンピューティングのためのツールスイートで構成されています。プログラミング言語、^[13]開発ツール、サンプルアルゴリズムが含まれています。
• MicrosoftのLIQUi>は、量子コンピューティング用のソフトウェア アーキテクチャおよびツール スイートです。プログラミング言語、サンプルの最適化およびスケジューリング アルゴリズム、量子シミュレーターが含まれています。
  • Q# は、LIQUi の後継として見られている、.NET Framework上の Microsoft による量子プログラミング言語です。
• IBMのIBM Q Experience ^[14]は、量子ハードウェアとHPCシミュレータへのアクセスを提供します。これらは、 PythonベースのQiskitフレームワークを使用してプログラム的にアクセスすることも、 IBM Q Experience GUIのグラフィカルインターフェイスを介してアクセスすることもできます。^{[15]どちらも量子演算を表現するための}OpenQASM標準に基づいています。チュートリアルとオンラインコミュニティもあります。^[16]現在利用可能なシミュレータと量子デバイスは次のとおりです。
  • 複数のトランスモン 量子ビットプロセッサ。^[17] 5量子ビットと16量子ビットのものは公開されています。最大65量子ビットのデバイスはIBM Qネットワークを通じて利用可能です。^[18]
  • 32 量子ビットのクラウドベースのシミュレーター。ローカルでホストされるシミュレーターのソフトウェアも Qiskit の一部として提供されます。
• ブリストル大学によるQuantum in the Cloudは、量子シミュレータと4量子ビットの光量子システムで構成されています。^[19]
• GoogleのQuantum Playgroundは、シンプルなインターフェースを備えたシミュレーター、スクリプト言語、3D量子状態の視覚化を備えています。^[20]
• 清華大学によるクラウドにおける量子。これは、核磁気共鳴 NMRCloudQ に基づく 4 量子ビットの新しい量子クラウド エクスペリエンスです。
• QutechのQuantum Inspireは、2つのハードウェアチップにクラウドベースの量子コンピューティングを提供するヨーロッパ初のプラットフォームです。5量子ビットトランスモンプロセッサに次いで、Quantum Inspireは、完全にプログラム可能な2量子ビット電子スピン量子プロセッサへのオンラインアクセスを提供する 世界初のプラットフォームです^{[21] 。}
  • ^{Spin-2 は、同位体精製された28} Siの二重量子ドット内に2 つの単一電子スピン量子ビットをホストする2 量子ビットスピン量子コンピュータです。
  • Starmon-5 は、X 構成の5 つの超伝導トランスモン量子ビットで構成されています。

量子チップの他に、このプラットフォームは量子エミュレータバックエンドであるQXへのアクセスも提供します。QXエミュレータのインスタンスが2つ利用可能で、市販のクラウドベースサーバー上で最大26量子ビットをエミュレートし、SurfSaraのオランダ国立スーパーコンピュータであるCartesius上の1つの「ファット」ノードを使用して最大31量子ビットをエミュレートします。回路ベースの量子アルゴリズムは、グラフィカルユーザーインターフェイスまたはPythonベースのQuantum Inspire SDKを介して作成でき、projectQフレームワーク、Qiskitフレームワークのバックエンドを提供します。Quantum Inspireは、ユーザーガイドとcQASMで書かれたいくつかのサンプルアルゴリズムを含むナレッジベース^{[22]を提供します。}

• Amazon Braket は、2022 年 11 月現在、IonQ、Rigetti、Xanadu、QuEra、Oxford Quantum Circuits が構築した量子コンピュータへのアクセスを提供しています。D-Wave マシンは AWS Marketplace 経由で使用できます。Braket は、量子アルゴリズムの開発環境とシミュレーターも提供しています。
• QC WareのForgeは、D-Waveハードウェアのほか、GoogleやIBMのシミュレータへのアクセスを提供しています。このプラットフォームでは、1分間の量子コンピューティング時間を含む30日間の無料トライアルを提供しています。^[23]

• 量子コンピューティングレポートの量子ツールのリスト
• Quantiki の量子コンピューティング シミュレーターのリスト