Microsoft Azure Quantum

Microsoft Azure Quantum es una plataforma de computación cuántica basada en la nube pública desarrollada por Microsoft , que ofrece hardware, software y soluciones cuánticas para que los desarrolladores creen aplicaciones cuánticas. ^{[1] [2]} Admite una variedad de arquitecturas de hardware cuántico de socios, incluidos Quantinuum , IonQ y Atom Computing. ^[3] Para ejecutar aplicaciones en la plataforma de nube, Microsoft desarrolló el lenguaje de programación cuántica Q# . ^[4]

Azure Quantum también incluye una plataforma para la investigación científica, Azure Quantum Elements , que utiliza inteligencia artificial , computación de alto rendimiento y procesadores cuánticos para ejecutar simulaciones moleculares y cálculos en química computacional y ciencia de los materiales. ^[5]

Azure Quantum se anunció por primera vez en Microsoft Ignite en 2019. ^[6] La plataforma se abrió para vista previa pública en 2021, ^[1] y Azure Quantum Elements se lanzó en 2023. ^[5]

Además de sus socios de hardware en la plataforma, Microsoft está desarrollando una computadora cuántica topológica con cúbits que son inherentemente resistentes a los errores. El enfoque se basa en cuasipartículas de Majorana , que actúan como su propia antipartícula y tienen una carga y energía iguales a cero, lo que hace que los cúbits sean más resistentes a las perturbaciones. ^{[7] [8]}

En septiembre de 2023, los investigadores de Azure Quantum encontraron evidencia consistente con la creación y el control de cuasipartículas de Majorana para la computación cuántica topológica. ^{[8] [9]}

En noviembre de 2024, el sistema de virtualización de cúbits creó 24 cúbits lógicos entrelazados (un nuevo récord) en un procesador de átomos neutros. ^[10] El trabajo demostró la detección y corrección de errores durante la realización de cálculos, incluida la primera demostración registrada de corrección de pérdidas en un sistema comercial de átomos neutros de Atom Computing. ^[11]

Microsoft también ha introducido tres niveles de implementación para la computación cuántica: fundamental ( qubits ruidosos de escala intermedia ), resiliente (qubits lógicos confiables) y de escala (supercomputadoras cuánticas). ^{[7] [12]}

En 2024, Microsoft aplicó un sistema de virtualización de cúbits a la computadora cuántica de iones atrapados de Quantinuum para crear 12 cúbits lógicos, los cúbits lógicos más confiables registrados en ese momento. ^[13] El trabajo se basó en una demostración previa que alcanzó tasas de error 800 veces mejores que el logro de la misma computadora cuántica sin virtualización. ^{[13] [14]}

Microsoft y Photonic también realizaron una puerta CNOT teletransportada entre cúbits separados físicamente por 40 metros. El trabajo confirmó el entrelazamiento cuántico remoto entre centros T, un requisito para la comunicación cuántica a larga distancia. ^[15]

Para aplicaciones cuánticas, Azure Quantum desarrolló Q# (pronunciación: Q Sharp), un lenguaje de programación cuántica y un kit de desarrollo de software de código abierto para el desarrollo y simulación de algoritmos cuánticos. ^[1]

El Estimador de recursos cuánticos de Azure estima los recursos necesarios para ejecutar un algoritmo cuántico determinado en una computadora cuántica tolerante a fallas. ^[16]

En 2023, Azure Quantum Elements agregó Microsoft Copilot , una herramienta de modelo de lenguaje grande basada en GPT-4 para consultar y visualizar datos, escribir código e iniciar simulaciones. ^[7]

Ese mismo año, Microsoft desarrolló Quantum Intermediate Representation (QIR) a partir de LLVM como una interfaz común entre los lenguajes de programación y los procesadores cuánticos de destino. ^[17]

Microsoft también desarrolló métodos algorítmicos de compuerta eficiente para realizar pasos de Trotter más rápidos con menor complejidad de compuerta, lo que permite simulaciones cuánticas eficientes que reducen los recursos de hardware cuántico necesarios. ^[18]

La plataforma Azure Quantum Elements combina inteligencia artificial (IA) y computación tradicional de alto rendimiento con herramientas cuánticas para la ciencia de los materiales, la química y la investigación farmacéutica. ^[19] La plataforma utiliza modelos de IA basados ​​en la física y algoritmos avanzados para procesar datos de investigación complejos y extraer conclusiones. ^[20]

En enero de 2024, Microsoft y el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste utilizaron IA y HPC para modelar y seleccionar 32 millones de nuevos materiales candidatos para desarrollar un material más eficiente para baterías recargables. El proyecto conjunto generó nuevos materiales candidatos y luego realizó una búsqueda hiperacelerada entre ellos para llegar a un único candidato adecuado que pudiera reemplazar potencialmente al ion de litio. ^[21]

En julio de 2024, Microsoft lanzó una herramienta de química generativa para Azure Quantum Elements que utiliza inteligencia artificial generativa para identificar las moléculas adecuadas para una aplicación en particular. Microsoft también lanzó una herramienta de teoría funcional de densidad acelerada para simular la estructura electrónica de una molécula mediante la teoría funcional de la densidad (DFT). ^[22]

Microsoft también utilizó dos qubits lógicos integrados con IA y computación de alto rendimiento en la nube para resolver un problema práctico de química. ^[23] Según Microsoft, este estudio de caso sobre reacciones catalíticas que producen moléculas quirales representa la primera vez que un sistema HPC, IA y hardware de computación cuántica se han implementado juntos para resolver un problema científico específico. ^[23]

En el sector farmacéutico, Azure Quantum Elements y la plataforma HPC se integraron con la información biológica computacional y de laboratorio húmedo de 1910 Gentetics, la automatización de laboratorio impulsada por robótica y modelos de IA multimodales para el descubrimiento de fármacos. ^[24]