對一些人來說,量子計(jì)算(Quantum computer)可能聽上去像是科幻小說,是幾十年后的情景。
實(shí)際上,全球已經(jīng)有不少人已經(jīng)投入這項(xiàng)前沿計(jì)算的研究中,有超過2100篇量子計(jì)算的研究論文發(fā)布,有超過250家量子計(jì)算初創(chuàng)公司,有22個國家級量子計(jì)算相關(guān)的政策。
量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式,通常與經(jīng)典計(jì)算相比較。從原理看,量子計(jì)算可以擁有比經(jīng)典計(jì)算更快的計(jì)算速度,這種差距有可能高達(dá)百萬億倍。
量子計(jì)算有望攻破當(dāng)今面臨的諸多挑戰(zhàn),推動從藥物研發(fā)到天氣預(yù)報等各項(xiàng)工作的發(fā)展,能夠在未來的HPC中發(fā)揮巨大作用。正因?yàn)槿绱,大量公司和研究人員都投資資源研究量子計(jì)算。
目前,實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的物理平臺有多種方案,比如超導(dǎo)、離子阱、中性原子、硅量子、光量子等,不過也都面臨著不用的挑戰(zhàn)。
想要加速量子計(jì)算的發(fā)展,混合量子計(jì)算有望實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的首批實(shí)際應(yīng)用。
所謂混合量子計(jì)算,就是量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)協(xié)同工作,充分發(fā)揮經(jīng)典計(jì)算(比如CPU和GPU)在傳統(tǒng)作業(yè)中的優(yōu)勢,如電路優(yōu)化、校正和糾錯,以及系統(tǒng)級量子處理器(即QPU)作為新型加速器的優(yōu)勢。
相比CPU,GPU是實(shí)現(xiàn)混合量子計(jì)算的一個好選擇,因?yàn)镚PU可以縮短傳統(tǒng)作業(yè)的執(zhí)行時間,并大幅降低經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)之間的通信延遲,而這是當(dāng)今混合量子作業(yè)面臨的主要瓶頸。
與此同時,另一個巨大的挑戰(zhàn)是軟件工具。量子處理器作為新興的硬件,想要對其編程實(shí)現(xiàn)發(fā)揮其價值,研究人員只能使用相當(dāng)于低級組裝代碼的量子,也就是說只有量子計(jì)算專家才能對量子加速器進(jìn)行編程,這也就難以推動量子計(jì)算的快速發(fā)展。
因此,量子計(jì)算領(lǐng)域需要統(tǒng)一的編程模型和編譯器工具鏈。
編譯器可以讓科學(xué)家輕松地將其 HPC應(yīng)用的一部分先移植到模擬版QPU,然后再移植到真正的QPU,高效找到量子計(jì)算加速工作的方法。
將GPU加速的模擬工具、編程模型和編譯器工具鏈全部結(jié)合在一起后, HPC 研究人員就可以開始構(gòu)建未來的混合量子數(shù)據(jù)中心。
擁有業(yè)界領(lǐng)先高性能GPU,且在HPC和AI方面有豐富經(jīng)驗(yàn)的英偉達(dá),能夠幫助其在量子計(jì)算領(lǐng)域迅速建立獨(dú)特的產(chǎn)品和優(yōu)勢。
英偉達(dá)確實(shí)已經(jīng)開始將其在AI領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)復(fù)制到量子計(jì)算領(lǐng)域。從離開發(fā)者最近的軟件切入,降低使用開發(fā)者的使用門檻,幫助量子計(jì)算領(lǐng)域的開發(fā)者能解決問題,創(chuàng)造價值,一旦量子計(jì)算的研究者和使用者首選英偉達(dá)的工具,自然也就能幫英偉達(dá)在量子計(jì)算領(lǐng)域搶占先機(jī)。
GTC 2021上,英偉達(dá)宣布推出cuQuantum SDK,目的是加速在GPU上運(yùn)行的量子電路模擬。如今,已經(jīng)有數(shù)十家量子組織已經(jīng)在使用cuQuantum 軟件開發(fā)套件,在 GPU 上加速其量子電路模擬。
近期,AWS在Braket服務(wù)中提供cuQuantum,并展示了cuQuantum在量子機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載上實(shí)現(xiàn)了900倍的加速,同時減少3.5倍的成本。
cuQuantum對于推動量子計(jì)算發(fā)展的另一個重要價值在于,其能夠在主要的量子軟件框架上實(shí)現(xiàn)加速計(jì)算,包括Google的qsim、IBM的Qiskit Aer、Xanadu的PennyLane和Classiq 的Quantum Algorithm Design平臺。
對于科學(xué)家和開發(fā)者而言,這些框架的用戶可以訪問GPU加速,而無需再進(jìn)行任何編碼。對于英偉達(dá)而言,將意味著其在量子計(jì)算軟件框架上的重要價值,以及充分發(fā)揮其GPU在混合量子計(jì)算中的作用。
2022年7月12日,英偉達(dá)在量子計(jì)算領(lǐng)域繼續(xù)向前邁進(jìn),發(fā)布了一個統(tǒng)一計(jì)算平臺QODA。
量子優(yōu)化設(shè)備架構(gòu) (QODA)的目標(biāo)是通過創(chuàng)建相干的混合量子經(jīng)典編程模型,使量子計(jì)算更容易使用。QODA也使HPC和AI領(lǐng)域的專家能夠輕松將他們的應(yīng)用移植到公有云、NVIDIA DGX系統(tǒng)或者配備了大量NVIDIA GPU的超算中心當(dāng)中。
對于已經(jīng)使用cuQuantum軟件開發(fā)工具包在GPU上模擬量子線路的量子組織,通過QODA,量子研究人員還可以在相同的cuQuantum模擬環(huán)境中開發(fā)量子線路。
與AI和高性能計(jì)算一樣,生態(tài)才是成功的關(guān)鍵,因此軟硬件合作伙伴對于英偉達(dá)在量子計(jì)算領(lǐng)域的成功都至關(guān)重要。
Q2B 22 東京量子計(jì)算會議上,英偉達(dá)宣布與量子硬件供應(yīng)商IQM quantum Computers、Pasqal、Quantum、Quantum Brilliance和Xanadu,軟件供應(yīng)商QC Ware和Zapata Computing, 以及超級計(jì)算中心德國尤里希研究中心、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開展QODA方面的合作。
英偉達(dá)CEO黃仁勛一直都在強(qiáng)調(diào),英偉達(dá)要做的是開創(chuàng)新的產(chǎn)品和市場,而不是去搶占已有的市場。量子計(jì)算正是這樣一個全新的市場,雷峰網(wǎng)(公眾號:雷峰網(wǎng))認(rèn)為,英偉達(dá)無論在量子計(jì)算領(lǐng)域技術(shù)路線的選擇,還是選擇的切入點(diǎn),都有助其搶占量子計(jì)算的先機(jī)。
但也要看到,量子計(jì)算還有很長的路要走,還難以判斷誰能擁有量子霸權(quán)。