Quantum Computing-Integration in klassische Apps

Einige rechentechnische Probleme sind unpraktisch oder langwierig zu lösen auf klassischen Computern, auch auf großen Supercomputern. Für einige dieser Probleme kann ein Quantenalgorithmus eine Lösung erreichen, die weit weniger Ressourcen verwendet als der bekannteste klassische Ansatz. Ein Quantencomputer verwendet quantenmechanische Effekte wie Superposition und Verschränkung, um Informationen so darzustellen und zu verarbeiten, wie ein klassischer Computer nicht.

Quantum-Programme werden auf Quantenanbietern ausgeführt, die Sie erreichen, indem Sie Aufträge übermitteln. Quantenziele machen unterschiedliche Zielprofile verfügbar. Einige Profile erlauben nur Quantenoperationen, und die klassische Logik, die darauf ausgeführt werden kann, ist eingeschränkt. Andere Profile ermöglichen es, sowohl Quanten- als auch klassische Operationen auf dem Anbieter zusammenzuführen.

Unabhängig vom Zielprofil verarbeiten klassische Computekomponenten die umgebende Anwendungsintegration. Selbst wenn ein Quantenziel klassische Operationen akzeptiert, erreichen Sie das Ziel, indem Sie einen Auftrag übermitteln und auf die Ergebnisse warten. In diesem Artikel werden zwei Orchestrierungsmodelle für die Integration von Quantenarbeit in klassische Anwendungen beschrieben und verglichen.

In der Praxis ist das Ausführen eines Quantenprogramms ein Dienstaufruf. Der klassische Anwendungs- oder Clientcode sendet einen Auftrag an ein Ziel, wartet darauf, dass er ausgeführt wird, und ruft die Ergebnisse ab. Eine oder mehrere klassische Berechnungskomponenten orchestrieren jeden Quantenauftrag durch die folgenden Aktivitäten:

• Vorbereiten von Eingabedaten
• Übermitteln von Quantencomputingaufträgen an eine Ziel-Quantenumgebung
• Überwachen der Auftragsausführung
• Auftragsergebnisse nach der Verarbeitung

Quantenintegrationsmodelle

Sie integrieren Quantenarbeit in eine klassische Anwendung mit einem von zwei Orchestrierungsmustern:

• Direkte Quantenintegration. Eine Clientanwendung oder ein leichtgewichtiges klassisches Harness interagiert direkt mit dem Azure Quantum-Arbeitsbereich. Der Client ist für die Eingabevorbereitung, die Auftragseinreichung, die Überwachung, die Ergebnisverarbeitung und die klassische Logik rund um die Quantenausführung verantwortlich.

• Workflow-orchestrierte Quantenintegration. Ein Workflow-Orchestrator verwaltet den gesamten Zustand und die Zustandsübergänge. Die Quantenausführung erfolgt in Workflow-Schritten, die parallel zu Schritten ausgeführt werden, die auf High-Performance-Computing-(HPC)- oder GPU-Rechenressourcen laufen.

Bei einer bestimmten Anwendungsintegrationsgrenze sind diese Muster Alternativen. Entweder integriert sich der Client direkt in den Arbeitsbereich, oder ein umfassenderer Workflow verantwortet den Quantenschritt. In diesem Artikel wird die Implementierung der einzelnen Muster beschrieben.

Die Integrationsauswahl ist unabhängig davon, wo die klassische Berechnung läuft. Je nach Zielprofil und Workload kann klassische Logik innerhalb des Quantenprogramms, im Client-Einsatz zwischen Quantenausführungen, im Workflow-Orchestrator oder in einem klassischen Workflowschritt auf HPC- oder GPU-Compute ausgeführt werden.

Entscheidungsmatrix

Verwenden Sie die folgende Entscheidungsmatrix, um die Auswahl von Integrationsmustern zu unterstützen:

Wenn Ihre Workload diese Merkmale aufweist	Verwenden Sie diesen Ansatz.
Eine Anwendung oder eine leichtgewichtige Umgebung verwaltet den gesamten Lebenszyklus eines Quantenauftrags, und die Aufbereitung der Eingaben sowie die Verarbeitung der Ergebnisse erfolgen innerhalb dieses Clients.	Direkte Quantenintegration
Sie erkunden die Eigenschaften der Quantenhardware mit handschriftlichem Quantencode, und eine Anwendung oder eine kleine Gruppe verwandter Anwendungen verbraucht die Ergebnisse.	Direkte Quantenintegration
Die klassische Seite ist ressourcenintensiv und nutzt Quantenverarbeitung nur als einen von vielen Schritten in einer mehrstufigen Pipeline, deren einzelne Stufen jeweils auf dem Backend ausgeführt werden, das am besten zu ihnen passt, etwa HPC, GPU oder ein Quantenzielsystem.	Workflow-orchestrierte Quantenintegration
Quantenausführungen wiederholen sich, und das Ergebnis einer Ausführung generiert das nächste Quantenprogramm oder bestimmt seine Parameter.	Workflow-orchestrierte Quantenintegration

Details zum Szenario

Beide Arbeitsabläufe setzen das asynchrone Anforderung-Antwort-Muster und die im Azure Quantum-Auftragslebenszyklus definierten Schritte um.

Quantenziele, insbesondere Quantenhardware, sind begrenzte Ressourcen. Azure Quantum weist diese Ressourcen über eine Auftragswarteschlange zu. Wenn Sie einen Auftrag übermitteln, wird der Auftrag in die Warteschlange des von Ihnen ausgewählten Ziels eingereiht und ausgeführt, sobald dieses Ziel die vorherigen Aufträge abgearbeitet hat. Um die erwartete Wartezeit anzuzeigen, führen Sie die verfügbaren Ziele auf. Berechnen Sie Ihre vollständige Antwortzeit, während die Warteschlange wartet, und die Ausführungszeit des Auftrags.

Die Fähigkeiten eines Quantenziels variieren ebenfalls. Einige Ziele akzeptieren nur Quantenoperationen, während andere klassische Logik mit Quantenoperationen in einem einzigen Auftrag ausführen. Dieses Modell unterstützt Algorithmen, die sich während der Ausführung anpassen. Bevor Sie einen Commit für ein Ziel ausführen, vergewissern Sie sich, dass sie die Vorgänge unterstützt, die Ihr Algorithmus benötigt. Weitere Informationen dazu, wie klassische und Quantenanweisungen zusammenlaufen, finden Sie in der Einführung in hybride Quantencomputing.

Direkte Quantenintegration

In den folgenden Abschnitten wird das direkte Integrationsmodell für die Integration von Quantenarbeiten in eine klassische Anwendung beschrieben.

Architektur

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Datenfluss

Der folgende Datenfluss entspricht dem vorherigen Diagramm:

1. Ein angemeldeter Benutzer löst die Quantenauftragsausführung über eine klassische Clientanwendung aus.

2. Die Clientanwendung gibt Daten in Azure Storage ein.

3. Die Clientanwendung sendet den Auftrag an einen Azure Quantum Arbeitsbereich und gibt das Ausführungsziel oder die Ziele an.

   Der Client identifiziert den Arbeitsbereich anhand seiner Konfiguration und authentifiziert sich mithilfe einer Microsoft Entra-Identität für den Arbeitsbereich. Ein Client, der auf einer Azure gehosteten Ressource ausgeführt wird, kann eine verwaltete Identität verwenden. Eine lokale Clientanwendung authentifiziert sich mit einer anderen Microsoft Entra-Identität, z. B. einem Dienstprinzipal oder einer interaktiven Benutzeranmeldung.

4. Ein Quantenanbieter führt den Job in einer Zielumgebung aus.

5. Die Clientanwendung überwacht die Auftragsausführung durch Abrufen des Auftragsstatus.

6. Sobald der Quantenauftrag abgeschlossen ist, ruft die Clientanwendung das Computeergebnis aus Storage ab.

Komponenten

• Azure Quantum bietet ein workspace, auf das über das Azure-Portal zugegriffen werden kann, für Objekte, die mit der Ausführung von Quantenaufträgen auf verschiedenen Zielen verbunden sind. Aufträge werden auf Quantensimulatoren oder Quantenhardware ausgeführt, je nachdem, welche Anbieter Sie auswählen.
• Microsoft Entra ID koordiniert die Benutzerauthentifizierung und schützt den Zugriff auf den Azure Quantum Arbeitsbereich.
• Speicher bietet Speicher für Eingabedaten und Ergebnisse des Quantenanbieters.

Potenzielle Anwendungsfälle für direkte Integration

Das direkte Quantenintegrationsmuster passt zu den folgenden Anwendungsfällen:

• Eine Clientanwendung oder eine leichtgewichtige klassische Umgebung verwaltet den gesamten Lebenszyklus des Quantenauftrags ohne einen übergeordneten Workflow.
• Der Client kann begleitende klassische Aufgaben wie die Eingabevorbereitung und die Ergebnisverarbeitung ausführen.
• Sie erkunden die Eigenschaften von Quantenhardware, daher schreiben Sie normalerweise den Quantencode, anstatt ihn dynamisch zu generieren.
• Die Verwendung der Quantenkomponenten ist auf eine einzelne Anwendung oder eine kleine Gruppe verwandter Anwendungen beschränkt.
• Der Quantenauftrag stellt eine spezielle Lösung dar, z. B. eine molekulare Simulation, die nur eine spezialisierte klassische Anwendung verwendet.

Workflow-orchestrierte Quantenintegration

In den folgenden Abschnitten wird das Workflow-orchestrierte Modell für die Integration von Quantenarbeit in eine klassische Anwendung beschrieben.

Architektur

Die Workflowlogik hängt nicht von einem bestimmten Host oder Anbieter ab. Das folgende Flussdiagramm zeigt den Zustandsautomaten: eine einzige Eingabe, eine Schleife durch die Schritte und die Phasen pro Schritt. Der Quantenzweig kann eine optionale Programmgenerierungs- und Optimierungsphase enthalten, die klassische Schritte nicht verwenden.

Der Back-End-Selektor im vorherigen Flussdiagramm ist eine logische Phase anstelle einer erforderlichen Komponente und kann ein Konfigurationssuchvorgang sein, der jeden Schritt zu einem festen Back-End-Typ leitet.

Sie können diesen Workflow auf Azure mit einer Reihe klassischer Dienste hosten, die die Quantenarbeit übermitteln und überwachen. Das folgende Diagramm zeigt eine Beispieltopologie:

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Datenfluss

Der folgende Datenfluss entspricht der Bereitstellungstopologie:

1. Eine Clientanwendung sendet eine Anforderung über die API-Verwaltung, die den Aufrufer mit Microsoft Entra ID authentifiziert und Drosselung anwendet, bevor die Anforderung die Computeebene erreicht.
2. Die API-Verwaltung leitet die Anforderung an die Eingabe-API weiter, eine HTTP-ausgelöste Funktion, die sie überprüft und den Workflow-Orchestrator startet.
3. Für einen Schritt, der klassisch ausgeführt wird, leitet der Orchestrator die Ausführung an ein klassisches Back-End weiter, z. B. einen HPC-Cluster oder GPU-Compute.
4. Das klassische Back-End schreibt seine Ergebnisse und den aktualisierten Pipelinestatus in Storage.
5. Für einen Schritt, der auf Quantum läuft, leitet der Orchestrator die Ausführung durch den Quantenpfad. Der Quantenpfad bereitet das Programm des Schritts vor, generiert und optimiert es aus der Eingabe des Schritts oder mithilfe einer festen Implementierung und sendet den Auftrag an den Azure Quantum Arbeitsbereich. Die Authentifizierung der Übermittlung erfolgt über verwaltete Identität.
6. Der Arbeitsbereich führt den Auftrag auf dem ausgewählten Quantenziel aus.
7. Das Quantenziel schreibt seine Ergebnisse in Storage.
8. Der Orchestrator liest den aktualisierten Zustandsspeicher und wertet die Übergangslogik der Pipeline aus. Wenn eine Konvergenz- oder Iterationsbedingung eine andere Quantenausführung erfordert, verwendet der Orchestrator das Ergebnis, um Parameter für das nächste Quantenprogramm zu bestimmen oder Eingaben bereitzustellen, die das nächste Programm generieren. Die Pipeline kehrt dann zum entsprechenden Schritt zurück.
9. Der Client ruft die Status-API über die API-Verwaltung ab, um den Fortschritt nachzuverfolgen und die endgültigen Ergebnisse abzurufen, wenn die Pipeline einen Terminalstatus erreicht.

Komponenten

• Durable Functions fungiert als Workflow-Orchestrator, um die Pipeline als Zustandsautomat auszuführen, die Schritte zu koordinieren und für die Ausführung jedes Schritts ein quantenbasiertes oder anderes Rechen-Back-End auszuwählen. Sie können den Orchestrator mit Durable Functions oder einem anderen Workflowmodul implementieren.
• Klassische Azure HPC- und GPU-Compute-Back-Ends führen die nicht quantenbezogenen Schritte aus.
• Azure Functions hosten die HTTP-APIs, die den Workflow starten und überwachen, zusammen mit dem Orchestrator, der ihn ausführt.
• API-Verwaltung ist der Einstiegspunkt für Clientanforderungen. Es authentifiziert Anrufer und wendet Drosselung an. Um zu verhindern, dass die Funktions-App direkt aufgerufen wird, verwenden Sie Azure Functions Netzwerkoptionen, z. B. Einschränkungen für eingehenden Zugriff oder einen privaten Endpunkt, sodass nur Datenverkehr von der API-Verwaltung akzeptiert wird.
• Azure Quantum stellt einen Arbeitsbereich für Ressourcen bereit, die mit der Ausführung von Quantenaufträgen verbunden sind. Jobs werden auf Quantensimulatoren oder Quantenhardware ausgeführt, je nach dem Ziel, das Sie auswählen.
• Microsoft Entra ID koordiniert die Authentifizierung und schützt den Zugriff auf den Azure Quantum Arbeitsbereich.
• Speicher speichert Eingabedaten, Zwischenpipelinestatus und Ergebnisse.

Alternativen

Die Architekturen in diesem Artikel führen einen Teil einer Computeaufgabe für ein Quantenziel aus. Bei einigen Compute-Herausforderungen können vorhandene Dienste, die entwickelt wurden, um hochleistungsbasiertes Computing durchzuführen oder KI-Funktionen bereitzustellen, Alternativen sein.

Für wissenschaftliche Forschungs- und Entwicklungs-Workloads setzt Microsoft Discovery KI ein, um komplexe Aufgaben modell-, tool- und rechenressourcenübergreifend zu orchestrieren. Microsoft Discovery kann verschiedene Tools über mehrere Schritte hinweg koordinieren und erweiterbar sein, sodass Sie Ihre eigenen Tools und Agenten verbinden können, anstatt die Orchestrierung selbst zu erstellen und zu betreiben. Die Integration mit Quantenfunktionen, einschließlich der Ausführung von Quantenschritten, könnte KI nutzen, um die Orchestrierung zu übernehmen, die in diesem Muster manuell umgesetzt wird.

Workflowgesteuerte Szenariodetails

In diesem Muster führt ein Workflow-Orchestrator die Arbeitslast in Form einer Pipeline von Schritten aus. Der Orchestrator verhält sich wie ein Zustandsautomat, in dem sich Schritte wiederholen und in Schleifen ablaufen, bis eine Beendigungs- oder Konvergenzbedingung erfüllt ist. Jeder Schritt folgt demselben Shape: Er bereitet seine Eingabe vor, führt aus und verarbeitet die Ausgabe.

Der Orchestrator wählt das Backend aus, das jeden Schritt ausführt. Diese Auswahl ist Teil der Orchestrierungslogik und kein separater Dienst und kann so einfach sein wie das Auslesen des Ziel-Back-Ends für jeden Schritt aus der Konfiguration. Ein Schritt wird auf einem Quantum-Back-End oder auf klassischer Berechnung ausgeführt, z. B. einem HPC-Cluster oder GPU-Compute. Ein leichtgewichtiger klassischer Schritt kann im Orchestrator selbst ausgeführt werden. Wenn Quantenschritte wiederholt werden, verarbeitet der Workflow das Ergebnis einer Quantenausführung, um Parameter für das nächste Quantenprogramm zu bestimmen oder Eingaben bereitzustellen, die das nächste Programm generieren.

Ein Schritt, der auf einem Quanten-Back-End ausgeführt wird, kann eine Phase hinzufügen, die klassische Schritte nicht haben. Diese Phase generiert und optimiert das Quantenprogramm vor der Ausführung. Diese Phase ist optional. Das Programm kann dynamisch aus der Eingabe des Schritts generiert werden, oder es kann aus einer festen Implementierung stammen, die diese Phase überspringt. Ein Schritt, der für Quantenverarbeitung geeignet ist, kann dennoch auf einem klassischen Backend ausgeführt werden, wenn das besser zu den Eingabedaten passt.

Quantenchemie ist ein repräsentatives Beispiel. Eine typische Pipeline verwendet klassische Schritte, um ein molekulares System vorzubereiten: Geometrieoptimierung, eine selbstkonsensige Feldberechnung und die Auswahl des aktiven Raums. Anschließend berechnet die Pipeline eine Zieleigenschaft, z. B. die Bodenzustandsenergie eines Moleküls. Der Energieberechnungsschritt behält dieselbe Zielsetzung, unabhängig davon, ob er auf einer klassischen Näherung oder als Quantenalgorithmus ausgeführt wird. Sie wählen das Back-End basierend auf der benötigten Genauigkeit und der Größe des Problems aus.

Die QDK/Chemistry-Bibliothek unterstützt Pipelines wie diese. Die Bibliothek bietet modulare Komponenten für die klassischen Vorbereitungsschritte und zum Generieren eines Zustandsvorbereitungskreises aus der klassisch berechneten Wellenfunktion, die dann ein Quantenrückende verwendet, um die Energie mit einem Algorithmus wie der Quantenphasenschätzung zu schätzen. Diese Fähigkeit zur Verbindungserzeugung ist ein konkretes Beispiel für die dynamische Erzeugung des Quantenprogramms aus der Eingabe eines Schritts.

Potenzielle Anwendungsfälle

Das workflow-orchestrierte Quantenintegrationsmuster eignet sich für die folgenden Anwendungsfälle:

• Die klassische Seite ist gewichtig und an der Logik des Problemzustands orientiert, und sie nutzt die Quantenfähigkeit als einen von vielen Schritten oder als mehrere von vielen Schritten.
• Die Arbeitslast ist eine mehrstufige Pipeline, die häufig iterativ ist, ähnlich wie ein Zustandsautomat. Jede Phase wird auf dem Rechen-Backend ausgeführt, das am besten dazu passt: HPC, GPU oder ein Quantenzielsystem. Quantum Computing ist eine Option für eine oder mehrere Stufen.
• Ein Quantenschritt stellt einen klar definierten Baustein dar, z. B. eine wissenschaftliche Berechnung, die eine molekulare Eigenschaft berechnet. Der genaue Quantencode kann sogar generiert und dynamisch optimiert werden, um die tatsächlichen Eingaben anzupassen.
• Der Workflow-Orchestrator verwaltet mehrere eigenständige Quanten-Ausführungen und die dazwischenliegende klassische Verarbeitung. Das Ergebnis einer Ausführung bestimmt Parameter für das nächste Quantenprogramm oder stellt Eingaben bereit, die das nächste Programm generieren. Iterative Phasenschätzung entspricht dieser Struktur, ebenso wie Variationsalgorithmen wie der Variational Quantum Eigensolver (VQE) und der Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA).

Betrachtungen

Diese Überlegungen bilden die Säulen des Azure Well-Architected Framework, einer Reihe von Leitprinzipien, die Sie zur Verbesserung der Qualität eines Workloads verwenden können. Weitere Informationen finden Sie unter Well-Architected Framework.

Zuverlässigkeit

Zuverlässigkeit trägt dazu bei, dass Ihre Anwendung die Verpflichtungen erfüllen kann, die Sie für Ihre Kunden vornehmen. Weitere Informationen finden Sie unter Prüfliste zur Entwurfsüberprüfung für Zuverlässigkeit.

Quantenaufträge werden auf gemeinsam genutzten Remotezielen ausgeführt, sodass ihre Ausführung aufgrund vorübergehender Fehler, etwa durch eine Zeitüberschreitung des Ziels, fehlschlagen kann. Unabhängig vom gewählten Integrationsmuster überwachen Sie die Auftragsausführung, sodass Sie den Auftragsstatus für den Benutzer anzeigen können. Wenn ein Auftrag aufgrund eines vorübergehenden Fehlers fehlschlägt, wenden Sie das Wiederholungsmuster an. Übermitteln Sie Aufträge über asynchrone Aufrufe und fragen Sie das Ergebnis ab, damit Sie den aufrufenden Client nicht blockieren.

Die Verfügbarkeit der Quantenberechnungsfunktion hängt stark von der Verfügbarkeit und Kapazität des Quantencomputinganbieters ab. Je nach Berechnungsziel kann die klassische Clientanwendung lange Verzögerungen oder Nichtverfügbarkeit des Ziels haben.

Für die umliegenden Azure Dienste gelten die üblichen Verfügbarkeitsaspekte. Berücksichtigen Sie bei Bedarf die Verwendung der Replikationsoptionen in Azure Storage Redundanz.

Zuverlässigkeit für die workflowgesteuerte Integration

• Stellen Sie für hohe Verfügbarkeit in der workflowgesteuerten Integration API-Verwaltung über Verfügbarkeitszonen oder mehrere Regionen bereit. Zonenredundanz erfordert die Premium- oder Premium v2-Stufe, und die Mehrregionsbereitstellung erfordert die Premium-Stufe.

• Wenn Sie den Orchestrator mit langlebigen Funktionen implementieren, planen Sie die Notfallwiederherstellung als Einheit, anstatt die Funktions-App und ihren Zustand als unabhängige Dienste zu behandeln. Dauerhafte Funktionen speichern den gesamten Orchestrierungsstatus in einem Aufgabenhub in einem Speicher-Back-End, das standardmäßig Azure Storage ist. Da der Laufzeitstatus und die Berechnung über diesen Aufgabenhub gekoppelt sind, definiert die Bereitstellung der Funktions-App in einer zweiten Region und das Replizieren von Storage separat kein sicheres Failover. Orchestrierungen können je nach Topologie anhalten, aktuelle Transaktionen verlieren oder einen regionenübergreifenden Taskhub lesen.

  Für ein sicheres Failover verwenden Sie eine Aktiv/Passiv-Konfiguration, die bei einem Ausfall auf eine sekundäre Region umschaltet und der ein globaler Lastenausgleichsdienst wie Azure Front Door oder Azure Traffic Manager vorgeschaltet ist. Vergewissern Sie sich, dass die Dienstintegritätstests die Funktions-App bei Ihren Netzwerkeinschränkungen erreichen können, da dieselben Regeln, die die App auf API Management-Traffic beschränken, auch diese Tests blockieren können. Wählen Sie die Topologie aus, die Ihrer Toleranz für Datenverlust und regionsübergreifende Latenz entspricht. Informationen zu den koordinierten Optionen und ihren Kompromissen finden Sie unter Notfallwiederherstellung und Geoverteilung in Durable Functions.

Sicherheit

Sicherheit bietet Sicherheitsmaßnahmen gegen bewusste Angriffe und den Missbrauch Ihrer wertvollen Daten und Systeme. Weitere Informationen finden Sie unter Entwurfsprüfliste für die Sicherheit.

Wenden Sie die folgenden Härtemethoden auf die klassischen Dienste an, die den Quantenauftrag umgeben, unabhängig vom gewählten Integrationsmuster:

• Authentifizieren Sie sich bei Azure Quantum und den umgebenden Diensten, indem Sie Microsoft Entra Identitäten verwenden, und deaktivieren Sie die lokale Authentifizierung, in der der Dienst sie unterstützt. Verwenden Sie verwaltete Identitäten , wo die Hostingumgebung sie unterstützt. Für einen Client, der keine verwaltete Identität verwenden kann, authentifizieren Sie sich mit einer anderen Microsoft Entra-Identität, z. B. einem Dienstprinzipal oder einer interaktiven Benutzeranmeldung.

• Gewähren Sie jeder Komponente, die auf Storage zugreift, über Azure rollenbasierte Zugriffssteuerung (Azure RBAC) mit Microsoft Entra ID den Datenebenenzugriff, den sie benötigt, wobei dieser auf die jeweilige Komponente beschränkt ist. Betten Sie keine Speicherkontoschlüssel in Den Anwendungscode ein.

Wenden Sie im Allgemeinen gegebenenfalls die Sicherheitsempfehlungen des Well-Architected Framework an.

Sicherheit für direkte Quantenintegration

Im Gegensatz zur workflowge orchestrierten Quantenintegration geht dieses Muster davon aus, dass ein einzelner Client auf den Azure Quantum Arbeitsbereich zugreift. Der Client ist in der Regel eine leichtgewichtige klassische Umgebung, die sich auf das Einreichen und die Ausführung von Einzelvorgängen und weniger auf den übergreifenden Status des Workflows konzentriert. Dieses Szenario führt zu den folgenden Konfigurationen:

• Da der Client bekannt ist, können Sie ihm eine feste Identität zugeben. Wenn der Client auf einer Azure gehosteten Ressource ausgeführt wird, ordnen Sie ihm eine verwaltete Identität zu. Wenn der Client außerhalb von Azure ausgeführt wird, verwenden Sie einen Dienstprinzipal oder eine interaktive Benutzeranmeldung.

• Sie können die Anforderungsdrosselung und die Zwischenspeicherung von Ergebnissen im Client selbst implementieren.

Sicherheit für workflow-orchestrierte Integration

Im Gegensatz zur direkten Quantenintegration stellt dieses Muster eine klassische Dienstebene vor die Quantenarbeit. Die API-Verwaltung ist die zentrale Zugriffsstelle für diese Schicht, sodass die Sicherheitskonfigurationen den Schutz des Zugriffspunkts und des Pfads zum Quantenarbeitsbereich in den Vordergrund stellen.

• Clients müssen sich bei der API authentifizieren. Implementieren Sie diese Authentifizierung mithilfe von Authentifizierungsrichtlinien.

• Sie können die Authentifizierung der Azure Funktionen über managed-Identitäten implementieren, die den Funktionen zugeordnet sind. Sie verwenden diese Identitäten, um ausgehende Anrufe für den Azure Quantum Arbeitsbereich zu authentifizieren.

• API-Verwaltung kann Anforderungsdrosselung anwenden, um das Quanten-Back-End zu schützen und die Nutzung von Quantenressourcen einzuschränken. Weitere Informationen finden Sie unter API-Verwaltungsanforderungseinschränkung.

• Je nach Anforderungsmuster können Sie die Zwischenspeicherung von Quantencomputingergebnissen mithilfe API-Verwaltungszwischenspeicherungsrichtlinienimplementieren.

Kostenoptimierung

Die Kostenoptimierung konzentriert sich auf Möglichkeiten, unnötige Ausgaben zu reduzieren und die betriebliche Effizienz zu verbessern. Weitere Informationen finden Sie unter Design Review-Checkliste für die Kostenoptimierung.

Die Gesamtkosten dieser Lösung hängen vom Quantencomputingziel ab, das Sie für die Ausführung des Quantenauftrags auswählen. Die klassischen Komponenten sind einfach zu schätzen. Eine repräsentative Bereitstellung des vom Workflow koordinierten Musters finden Sie in diesem Beispielkostenvoranschlag, der die klassischen Komponenten umfasst, einschließlich API-Verwaltung, Azure Functions und Speicher. Das Direkte Integrationsmuster ist leichter, aber die klassischen Kosten umfassen weiterhin Speicher und alle Hosting-, Netzwerk- und Überwachungsfunktionen, die von der Clientanwendung verwendet werden.

Sie können Quantum Computing-Anbieter für Azure Quantum über ein Microsoft Marketplace-Angebot nutzen. Die Preise hängen vom Typ der Ressource (Simulator oder Hardware), der SKU und Ihrer Nutzung ab. Weitere Informationen finden Sie auf der Referenzseite für den Anbieter Ihres Szenarios von Quantum Computing-Anbietern auf Azure Quantum.

Beitragende

Microsoft verwaltet diesen Artikel. Der folgende Mitwirkende schrieb diesen Artikel.

Hauptautor:

• Zander Chocron | Principal Software Engineer, Microsoft Quantum

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Nächste Schritte

• Eine Übersicht über das Microsoft Quantum Computing Ökosystem finden Sie auf der website Microsoft Quantum und vervollständigen den Lernpfad der Quantum Computing Foundation.
• Weitere Informationen zum Azure Quantum-Dienst finden Sie unter Was ist Azure Quantum?.
• Allgemeine Informationen zur Azure Quantum Auftragsverwaltung finden Sie unter Work with Azure Quantum jobs.
• Informationen zum Kombinieren klassischer und Quantenanweisungen in einem Job finden Sie in der Einführung in hybride Quantencomputing.

Verwandte Ressourcen

• Gestaltungsprinzipien für Betriebliche Excellence
• Asynchrones Anfrage-Antwort-Muster