全般

Q: Amazon Braket とは何ですか?

Amazon Braket は、量子コンピューティングを開始する際に役立つフルマネージドサービスです。

Q: Amazon Braket で何ができるのですか?

Amazon Braket で、量子コンピュータのプログラミングを学んだり、潜在的な応用を探求したりできます。独自の量子アルゴリズムを一から設計したり、あらかじめ用意された一連のアルゴリズムから目的のアルゴリズムを選択したりすることも可能です。Amazon Braket では、フルマネージドの回路シミュレーターを提供しています。これを使って、アルゴリズムを古典的な高性能コンピューティング (HPC) インフラストラクチャで実行し、実装の検証やテストを行うことができます。準備ができたら、ハードウェアプロバイダーが提供するさまざまな量子コンピュータ、または量子処理ユニット (QPU) でアルゴリズムを実行できます。

Q: Amazon Braket は他の AWS のサービスとどのように連携していますか?

Amazon Braket は、Amazon CloudWatch、Amazon EventBridge、AWS Identity and Access Management (IAM)、AWS CloudTrail と統合して、モニタリング、イベントベース処理、ユーザーアクセス管理、ログ記録を行います。シミュレーションと量子コンピューティングの結果は、アカウントの Amazon S3 に保存されます。

Q: なぜ今、量子コンピューティングについて検討する必要があるのですか?

量子コンピューティングは初期段階にあるテクノロジーですが、長期的にわたり多くの業界に変革をもたらすと考えられています。量子アルゴリズムの開発や利用価値の高い量子アプリケーションの設計には、新しいスキルとこれまでとはまったく異なるアプローチが必要です。そのような専門知識を蓄積するには時間がかかる上、量子技術や量子プログラミングツールを利用する必要があります。Amazon Braket と Amazon Quantum Solutions Lab を使って、企業は現在の技術レベルの評価やビジネスへの影響の特定を行い、将来に備えることができます。

Q: 「Braket」という名前の由来は何ですか?

このサービスは、量子力学の標準記法であるブラケット記法にちなんで名付けられました。量子システムの状態を説明するのに、1939 年 Paul Dirac が導入し、ディラックの記法としても知られています。

デベロッパー用ツール

Q: Amazon Braket SDK とは何ですか?

Amazon Braket ソフトウェア開発キット (SDK) は、テクノロジーに依存しないデベロッパーフレームワークです。これで、量子アルゴリズムを開発し、さまざまな量子コンピューティングハードウェアやシミュレーターで実行できます。SDK は、Amazon Braket に送信された量子タスクを追跡やモニタリングし、結果を評価するのに役立ちます。

Q: Amazon Braket SDK を開始するにはどうすればよいですか?

Amazon Braket には、Amazon Braket SDK がプリインストールされたフルマネージドの Jupyter ノートブックと、すぐ開始するのに役立つサンプルチュートリアルが用意されています。The Amazon Braket SDK はオープンソースのため、ご希望のローカル統合開発環境 (IDE) で Amazon Braket を使用できます。

Q: Amazon Braket SDK はアニーリングをサポートしていますか?

はい。Amazon Braket では、アニーリング用 D-Wave のプログラミングフレームワークである Ocean でネイティブにプログラミングできるプラグインを提供しています。あるいは、Amazon Braket SDK で直接プログラムすることも可能です。使用を開始するには、サービスドキュメントをご覧ください。 

Q: PennyLane とは何ですか?

PennyLane は、変分量子コンピューティング用のオープンソースソフトウェアライブラリです。これは、ハイブリッド量子古典アルゴリズムを利用して、化学、最適化、機械学習などのさまざまな領域でのコンピューティング問題のソリューションを反復的に見つけるパラダイムです。量子微分可能プログラミングの概念に基づいて構築された PennyLane を使用すると、ニューラルネットワークと同じ方法で量子回路をトレーニングできます。PyTorch や TensorFlow などの一般的な機械学習ライブラリのインターフェイスで、量子アルゴリズムを簡単かつ直感的にトレーニングできるようにします。 PennyLane の詳細については、https://pennylane.ai をご覧になるか、こちらのデベロッパーガイドをご参照ください。

Q: Amazon Braket で PennyLane を使用する必要があるのはなぜですか?

化学、最適化、機械学習における短期的な量子コンピューティングアプリケーションは、古典コンピュータと量子コンピュータの間の反復処理を利用する変分量子アルゴリズムに基づいています。PennyLane で、Amazon Braket で変分量子アルゴリズムを簡単に開始および構築できます。使い慣れた機械学習ツールを使って、アルゴリズムを構築およびトレーニングできます。また、化学ライブラリの qchem を使用すると、計算化学の問題を数行のコードで量子コンピューティングの定式化にマッピングできます。

Amazon Braket で、PennyLane を使用したより迅速なイノベーションが加速します。アルゴリズムをテストおよび微調整する場合、アルゴリズムをローカルでシミュレートする場合と比較して、フルマネージドの高性能シミュレーターではトレーニングを 10 倍以上高速化します。

Q: PennyLane にアクセスする方法を教えてください。

Amazon Braket ノートブックは PennyLane を使って事前に設定されています。また、チュートリアルノートブックはすぐに開始するのに役立ちます。あるいは、IDE に Amazon Braket PennyLane プラグインをインストールすることもできます。プラグインはオープンソースで、こちらからダウンロードできます。PennyLane のドキュメントは、https://pennylane.ai にあります。 

シミュレーター

Q: アルゴリズムをシミュレートする必要があるのはなぜですか?

量子回路シミュレーターは、古典コンピュータで実行します。シミュレーターを使用すると、量子ハードウェアを使用するよりも低いコストで量子アルゴリズムをテストでき、特定の量子マシンへアクセスする必要もありません。シミュレーションは、量子ハードウェアでの実行前に、量子回路を迅速にデバッグしたり、ハイブリッドアルゴリズムのトラブルシューティングや最適化を行ったりするのに役立ちます。短期的な量子計算ハードウェアの結果を検証し、ノイズの影響を研究するのに、従来のシミュレーションも不可欠です。

Q: Amazon Braket にはどのようなシミュレーターがありますか?

Amazon Braket には量子アルゴリズムをシミュレートするさまざまな方法があり、要件に最も適したアプローチを選択できます。回路設計を迅速に検証するには、ローカル環境で直接小規模なシミュレーションを実行するか、Amazon Braket SDK を使用して Jupyter ノートブックで実行します。大規模で複雑な回路を実行するため、Amazon Braket は高性能コンピューティングインフラストラクチャ上で 2 つのフルマネージドシミュレーターを提供します。ユースケースに応じて、状態ベクトルシミュレーターの SV1、またはテンソルネットワークシミュレーターの TN1 を使用できます。

Q: シミュレーションを実行するには、インスタンスタイプを選択する必要がありますか?

いいえ、Amazon Braket マネージドシミュレーターを使用している場合は、選択する必要はありません。シミュレーターの SV1 と TN1 はフルマネージド型のため、大規模な回路をシミュレートする際に必要なソフトウェアやインフラストラクチャスタックの管理の負担が軽減します。Amazon Braket は、シミュレーションに最適なコンピューティングインスタンスタイプを自動的に決定し、それらのリソースをユーザーに代わって管理します。 Amazon Braket マネージドノートブックの SDK でローカルシミュレーターを実行している場合、ノートブックに既に指定した Amazon インスタンスで実行されます。

Q: Amazon Braket の 2 つのマネージドシミュレーターの SV1 と TN1 のどちらを選択すればよいですか?

Amazon Braket 状態ベクトルシミュレーター (SV1) では、最大 34 キュービットのユニバーサル回路を使って実行が予測可能となり、高性能を発揮します。Amazon Braket テンソルネットワークシミュレーター (TN1) では、最大 50 キュービットの回路をシミュレートできます。TN1 は、スパース回路、ローカルゲートを備えた回路、および固有の構造を持つその他の回路に対して特に有益です。一方、他の回路タイプ (全対全接続の回路タイプなど) は、たいてい SV1 が適しています。

TN1 に適した回路クラスの詳細については、チュートリアルノートブックをご参照ください。

Q: Amazon Braket テンソルネットワークシミュレーター (TN1) で回路を実行できるかどうかを確認する方法を教えてください?

回路がこちらで説明されているキュービット数と回路深度の制限内にある限り、TN1 はそれをシミュレートしようとします。しかし SV1 とは対照的に、量子ビット数と回路の深度だけに基づいて、ランタイムを正確に見積もることはできません。いわゆる「リハーサルフェーズ」では、TN1 は最初に回路の効率的なコンピューティングパスを特定して、次のステージの「収縮フェーズ」の実行時間を推定します。推定収縮時間が TN1 の制限を超えた場合、TN1 は収縮をしません。したがって、リハーサルフェーズで費やされた時間に対してのみ料金をお支払いただきます。詳細については、テクニカルドキュメントをご参照ください。

Q: シミュレーターを使用するには、アルゴリズムを異なる方法でプログラムまたは設計する必要がありますか?

いいえ、Amazon Braket を使用すると、数行のコードを変更すれば、サービスで利用できる任意のシミュレーターやゲートベースの量子ハードウェアで実行するのと同じように量子回路を指示できます。

Q: アニーリングに関する問題のシミュレーターはありますか?

AWS Marketplace では、最適化のための組み合わせについての問題に、プローチの中でも最新のものを使用する製品(Meta AnalyticsToshiba SBM など)を探すことができます。

量子コンピュータ

Q: Amazon Braket で量子コンピュータにアクセスするにはどうすればよいですか?

実際の量子処理ユニット (QPU) で、回路を設計したり、アニーリングの問題を解決するのは難しいことではありません。Amazon Braket SDK で回路または問題のグラフを作成したら、マネージド Jupyter ノートブックあるいは任意の IDE(PyCharm など)からタスクを送信できます。

Q: QPU でのタスクの実行は、シミュレーターでの実行とどのように違うのですか?

QPU で量子タスクを実行する手順は、シミュレーターで実行する手順と同じです。Amazon Braket SDK 内で API 呼び出しを行う際に、バックエンドまたはデバイスを選択するだけです。どちらのタスクもコンピューティングオペレーションで、Amazon Braket SDK 内の API コールを介してさまざまなバックエンドやデバイスを要求できます。デバイスの選択には、サービスにおいて利用可能なさまざまなシミュレーターや量子コンピュータが含まれます。あるデバイスから別のデバイスへの切り替えは、コードを 1 行を変更するだけです。QPU リソースは待機時間を必要とする可能性がありますが、シミュレーターは常に利用可能です。

Q: 使用する量子コンピュータを選択する方法を教えてください。

一部のタイプの量子コンピュータは、一連の特定の問題を解決するのに特に適しています。たとえば、量子アニーラは通常、組み合わせの最適化に関する問題を解決するのに使用する一方、ユニバーサル量子コンピュータは多くのタイプの問題を解決するのに使用できます。量子ビット数、量子ビットの忠実度(エラー率)、量子ビットの接続性、コヒーレンス時間、コストなど、ニーズに合ったマシンを選択するための要素は数多くあります。量子コンピュータの仕様の完全版は、Amazon Braket コンソールで提供しています。

Q: Amazon Braket はどの量子コンピュータをサポートしていますか?

Amazon Braket のハードウェアプロバイダーの詳細については、こちらをクリックしてください。

Q: 量子タスクは QPU で即座に実行できますか、それとも待機する必要がありますか?

量子コンピューティングは初期段階にある技術のため、量子コンピュータのリソースはまだ十分とは言えません。量子コンピュータの種類が異なれば、動作特性や可用性のレベルも異なるため、タスクの処理速度も変わります。選択した QPU が稼働中にあるが現在使用されていない場合、タスクはすぐに処理され、それ以外の場合はキューに入れられます。QPU が利用可能になると、キュー内のタスクは挿入された順に処理されます。タスクの完了時の通知を行うため、Amazon Braket はステータス変更イベントを Amazon EventBridge に送信します。Eventbridge でルールを作成し、実行するアクションを指定できます。たとえば、SMS で、あるいは E メール、HTTP、AWS Lambda、Amazon SQS などの他の方法でアラートを送信できる Amazon Simple Notification Service (SNS) を使用するなどです。

料金

Q: Amazon Braket の使用料金の課金は、どのようになっていますか?

Amazon Braket では前払い料金は発生せず、使用している AWS リソースに対してのみ料金が発生します。量子コンピューティングハードウェアやマネージドシミュレーターへのアクセスなど、Amazon Braket の機能ごとに個別に請求します。また、Amazon Braket が管理するノートブックなど、Amazon Braket を介して提供する AWS のサービスについても個別に課金されます。料金の詳細については、料金ページをご覧ください。

Q: さまざまなプロジェクトで Amazon Braket の使用状況と支出を追跡するにはどうすればよいですか?

A: タグを使用すると、コストセンター、部門、プロジェクトなど、チームやビジネスにとって意味のある論理グループごとに AWS リソースを整理することができます。Amazon Braket では、作成するクォンタムタスクにタグを適用できます。ユーザー定義のタグを作成して適用すると、AWS 請求情報とコスト管理ダッシュボードでタグをアクティブ化して、コスト配分を追跡することができます。AWS はタグを使用してコストを分類し、月次のコスト割り当てレポートを配信して、AWS のコストを追跡できるようにしています。このコスト割り当てレポートには、タグキーが各行に適用可能な値を持つ追加の列として表示されるため、一貫したタグキーのセットを使用すると、コストを追跡しやすくなります。

セキュリティ

Q: Amazon Braket サービスの使用中に、データが AWS 環境を離れることがありますか?

はい。Amazon Braket の QPU は、サードパーティの量子ハードウェアプロバイダーがホストしています。Amazon Braket を使用して量子コンピュータにアクセスする場合、回路またはアニーリングの問題、および関連するメタデータは、AWS が運営する施設外のハードウェアプロバイダーに送信され、処理されます。コンテンツは匿名化され、量子タスクの処理に必要なコンテンツのみが量子ハードウェアプロバイダーに送信されます。AWS アカウントに関する情報は送信されません。すべてのデータは保存時および転送時に暗号化され、処理の際にのみ復号化されます。また、Amazon Braket ハードウェアプロバイダーは、タスクの処理以外の目的でコンテンツを保存または使用することはできません。回路が完了すると、結果は Amazon Braket に返され、Amazon S3 バケットに保存されます。Amazon Braket サードパーティの量子ハードウェアプロバイダーのセキュリティを定期的に監査し、ネットワークセキュリティ、アクセス制御、データ保護、物理的セキュリティの基準が満たされていることを確認しています。

Q: 結果はどこに保存されますか?

Amazon S3 に結果を保存します。Amazon Braket は実行結果を出力するだけでなく、イベントログとパフォーマンスメトリクス(完了ステータスや実行時間など)を Amazon CloudWatch に送信します。

Q: Amazon Braket を Amazon Virtual Private Cloud (Amazon VPC) で使用できますか?

Amazon Braket は AWS PrivateLink と統合されています。そのため、トラフィックがインターネットを経由する必要なしに、Amazon Virtual Private Cloud (Amazon VPC) 内から Amazon Braket にアクセスできます。これにより、インターネットベースの攻撃によるセキュリティの脅威への露出と機密データ漏洩のリスクが軽減されます。

Quantum Solutions Lab

Q: Quantum Solutions Lab (QSL) とは何ですか?

Amazon Quantum Solutions Lab は、量子コンピューティングのエキスパートを擁する共同研究および専門サービスプログラムです。これらのエキスパートは、お客様が量子コンピューティングをより効果的に探索し、この初期の技術について発生する課題を克服するための作業を支援します。開始するには、Quantum Solutions Lab のウェブページをご覧ください。

Q: QSL を利用するにはどうすればよいですか?

このフォームを送信し、AWS アカウントマネージャーに連絡することで、QSL とパートナーとの契約に関する情報をリクエストできます。

Q: QSL 契約の費用について教えてください。

QSL 契約にかかるコストは、契約期間の長さとニーズの性質によって異なります。詳細については、アカウントマネージャーにご確認ください。

Q: QSL 契約の一般的な期間はどれくらいですか?

Quantum Solutions Lab の契約期間は、通常 6〜12 か月です。

Q: 参加するためにラボに出向く必要がありますか?

必要があれば、プロセス全体をリモートで実行できます。新型コロナウイルスの感染が流行中の現在は、特にその傾向があります。ただし通常の場合、お客様に直接お会いして契約を開始し、ご希望のペースを確認します。その後、必要に応じてお客様のサイトを訪問し、ビデオ会議を使用して定期的にチェックポイントを設定しながら、定期的にリモートで共同作業を行います。

量子コンピューティング AWS センター

Q: 量子コンピューティング AWS センターとは何ですか?

量子コンピューティング AWS センターは、Amazon の研究者とエンジニア、および量子コンピューティングの分野をリードする学術機関が集まった研究プログラムです。短期的なアプリケーション、エラー修正スキーム、ハードウェアアーキテクチャ、プログラミングモデルに関して、彼らと提携して量子技術の開発を進めます。カリフォルニア工科大学 (Caltech) のキャンパスに、量子コンピューティング AWS センターを設立しました。現在、このセンターでは Amazon Scholars プログラムを通じて、カリフォルニア工科大学、スタンフォード大学、ハーバード大学、マサチューセッツ工科大学、シカゴ大学の研究者と共同で研究を行っています。


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