Azure Quantum の学習リソースで量子スーパーコンピューターへの準備を始めよう

本ブログは[Azure Quantum learning resources enable getting ready for a quantum supercomputer](https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2023/09/18/azure-quantum-learning-resources-enable-getting-ready-for-a-quantum-supercomputer/)の抄訳を基に掲載しています。

**Krysta Svore**
Distinguished Engineer and Vice President of Advanced Quantum Development, Quantum at Microsoft

量子コンピューティングに対する興奮と革新は日々高まっています。しかし、量子スーパーコンピューターが真に新しい方法で科学的発見を加速し、世界の最も困難な問題を解決するために必要な規模に到達するには、まだ多くの努力が必要です。現在の基礎的な量子マシンから明日のスケールされた量子スーパーコンピューターへと進むためには、私たちの集合的な天才を活性化し、増幅することが必要です。また、業界として、量子コンピューターの実用的で有利な応用を実現するためには、まだ多くの必要な作業と発明が行われる必要があることを認識することも必要です。

私たちは最近、量子スーパーコンピューターへのロードマップを共有し、そのロードマップの最初のマイルストーンである **[マヨラナの創造と制御](https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2023/06/21/microsoft-achieves-first-milestone-towards-a-quantum-supercomputer/)** を達成したことを発表しました。このブレークスルーにより、小型で高速でデジタル制御可能な新しいタイプのキュービットを作成するために必要な物理学を実証しました。これらはすべて、耐障害性のあるスケールされたマシンへと進むために必要であり、量子スーパーコンピューターへの道を開くために不可欠です。

実用的な量子アドバンテージを達成するには、3つの **[量子コンピューティング実装レベル](https://news.microsoft.com/ja-jp/2023/06/23/230623-accelerating-scientific-discovery-with-azure-quantum/)** を進める必要があります。今日、すべての量子コンピューターは第1レベルの「基礎」にあり、ノイズの多い物理キュービット（「NISQ」デバイスと呼ばれる）で構成されています。量子コンピューターが進化するにつれて、私たちは第2レベルの「耐久性」へと移行し、10から100の信頼性の高いキュービット（「論理」キュービットと呼ばれ、多くの物理キュービットで構成される）で構成されたマシンを作り、最終的には第3レベルの「スケール」へと進み、実用的な量子アドバンテージを真に示すことができるプログラム可能な量子スーパーコンピューターを作ります。私たちの最近の物理学のブレークスルーは、次のレベルへ進むための最初のステップです。

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これらのレベルを通じた進歩を理解することは、業界の進展を測定するためだけでなく、量子レディなコミュニティを構築するための堅牢な戦略を開発するためにも不可欠です。結局のところ、私たちがスケールを達成できるのは、科学とエンジニアリングのイノベーションだけでなく、それを実現する世界中の多くの人々のおかげです。スケールへの道のりは、次の量子コンピューティング実装レベルへの卒業を加速するために、さまざまな分野の人々が一堂に会することで活気づけられます。

より多くの人々に量子知識を提供する追求の中で、IEEE Quantum WeekとQuantum World Congressで、**Azure Quantum katasという新しい学習リソースの利用可能性を発表することに興奮しています。** これらは無料で、AIによるインタラクティブなチュートリアルで、量子コンピューティングの学習と探求を加速するためのものです。これらのリソースは、私たちがAzure Quantumチームで何年も開発してきたツールやプラットフォームに基づいており、今日利用可能な基礎的な量子ハードウェアだけでなく、明日のスケールされた量子スーパーコンピューターの学習も可能にします。

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### 量子メカニックになるための新しいリソースと探索方法とは何か? 
Azure Quantum katasとは何か？そしてなぜそれらを試す価値があるのか？

数年前、Krysta Svoreはワシントン大学でマリア・ミハイロワ（Microsoft Quantumのプリンシパルソフトウェアエンジニア）と共に量子アルゴリズムとプログラミングのコースを教えました。私たちは学生たちに量子コンピューティングを紹介し、量子プログラムの書き方の知識を身に付けさせたいと熱望していました。学生たちは、Q#プログラムが複雑な量子アルゴリズムの設計をどのように表現できるかを学び、量子アドバンテージを持つ量子アルゴリズムを探求し、耐障害性のある量子スーパーコンピューターで実行されるかもしれない自分たちのプログラムを書くよう求められました。私たちは、学生たちに、スケールでの量子アルゴリズムをプログラム的にどのように表現するかを本当に理解してほしいと思いました。そして、私たち業界がNISQデバイスを超えて進む必要があること、そしてそれによって量子コンピューティングの真の力を解き放つことができるということを学生たちに伝えたかったのです。

しかし、量子コンピューターのプログラミングを学ぶには、量子フィットネスを発展させることが必要です。小さなところから始めて、概念に強みをつけ、最終的には技術を命じることができるようになるまでです。コーチがそばでサポートしてくれることも、学習には価値があります。そこで、私たちは、[コースのカリキュラム](https://arxiv.org/abs/2010.07729)を、私たちが前年にリリースし、コースをサポートするために拡張したオープンソースの演習プロジェクトであるkatasを中心に構築しました。学生たちは、演習を解き、自分たちのソリューションをQ#コードとして実装し、即時のフィードバックを得ることができ、それによって実践を通じて学び、さらに複雑な量子プログラムを自分で開発することができました。興味深いことに、これらの学生の中には、それがとても気に入って私たちのインターンシップに参加し、1人は私たちの量子チームのメンバーになった人もいました。いくつかの学生は、プロジェクトに追加のkatasを寄稿しました。私たちとワシントン大学との協力関係は続いており、[メンター付きのプロジェクト](https://arxiv.org/abs/2010.07729)を通じて、他の学生たちは量子アルゴリズムがどれだけのリソースを必要とするかを理解するためのQ#プログラムを開発しました。

katasの影響を直接目の当たりにした私たちは、これらの学習ツールをより多くの人々に提供する方法を考えました。これが、私たちがこれらの演習をブラウザーで直接、さらに多くの人々に提供し、彼らの量子学習の道を始めるか、続けるかするために興奮している理由です。

**[Azure Quantumの「katas」](https://quantum.microsoft.com/en-us/experience/quantum-katas)** は、量子コンピューティングの要素とQ#プログラミング言語を教えるための無料で自己ペースのプログラミング演習です（日本語の「形」という言葉からきている「kata」は、新しいスキルを練習し学ぶためのパターンです）。各kataは、量子コンピューティングのトピックに関連する理論と概念を説明することから始まります。これに続いて、短いインタラクティブなコーディング演習があり、知識をテストするのに役立ちます。演習はブラウザ内で完全に行われ、Azureのサブスクリプションは必要ありません。これらのチュートリアルは、量子コンピューティングとプログラミングの知識を広げるのに役立ち、キュービット操作の基本から、量子アルゴリズム開発などのより高度なトピックまで進むことができます。何よりも素晴らしいことに、新しいチュートリアルはAzure QuantumのCopilotと統合されており、自然言語チャットインターフェースを使用して、これまでにない速さで量子概念とプログラミングを学ぶのに役立ちます。

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これらのkata演習は、すべての専門知識レベルの人々を支援するためにAzure Quantum内ですでに利用可能なツールの連続体に基づいています。量子コーディングにすでに慣れている開発者のために、**[Azure Quantum Resource Estimator](https://quantum.microsoft.com/en-us/explore/concepts/resource-estimation)** は、アプリケーションを実行するために必要なキュービットの数、実行にかかる時間、特定の問題を解決するのに適したキュービット技術をモデル化することで、将来のスケールされた量子マシンで実行するための量子ソリューションを作成し、洗練するための別のツールです。

### 今日からAzure Quantumを始めましょう
あなたが自分自身の学習の旅を始めることにしているか、量子ハードウェアを探索しているか、将来のために量子アルゴリズムを開発しているかにかかわらず、[Azure Quantum](https://azure.microsoft.com/ja-jp/products/quantum/) はあなたの量子探索とイノベーションのためのプラットフォームです。また、私たちの量子ロードマップの最初のマイルストーンを達成したことを示す[査読済みの研究](https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.107.245423)についても読むことができます。

科学的発見を今日加速したい企業の方々には、最近発表された[Azure Quantum Elements](https://quantum.microsoft.com/en-us/our-story/quantum-elements-overview)についてもっと学ぶことができます。これは、Microsoftが提供する計算化学と材料科学のシステムであり、HPC、AI、量子コンピューティングの最新のブレークスルーを組み合わせたものです。

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量子コンピューティングの世界は日々進化しており、そのポテンシャルは計り知れません。私たちは、この分野の最前線で働く技術者、研究者、そして学生たちをサポートし続け、量子スーパーコンピューターの実現に向けて、皆さんと一緒に歩んでいくことを楽しみにしています。