中國、德國、美國等實體正在推動量子計算集成到高性能計算

從海量和復雜數(shù)據(jù)集中將時間壓縮以獲得洞察力的需求，正在推動將量子計算集成到高性能計算 (HPC) 環(huán)境中的需求。這種集成將允許企業(yè)通過在當今嘈雜中型量子(NISQ) 計算機上模擬和仿真它們來加速和優(yōu)化當前的HPC應用程序和流程。

目前，企業(yè)依賴于僅使用GPU和FPGA等經(jīng)典加速器技術(shù)可就能實現(xiàn)的優(yōu)勢。然而，即使經(jīng)典加速器增加了計算能力，HPC系統(tǒng)在處理和分析執(zhí)行多個工作流所需的大量數(shù)據(jù)的能力方面仍然有限。使用量子計算技術(shù)，企業(yè)不僅能夠加速當前的HPC流程，而且還能夠解決最先進的經(jīng)典計算系統(tǒng)范圍之外的棘手行業(yè)問題。

如今，量子計算系統(tǒng)仍處于早期開發(fā)階段，距離商業(yè)成熟還很遠。量子計算硬件供應商在穩(wěn)定和擴展解決復雜問題所需的大量量子比特的能力以及由于退相干而允許糾錯的能力方面面臨挑戰(zhàn)。因此，NISQ機器無法為企業(yè)提供實現(xiàn)量子優(yōu)勢的方法，IDC將其定義為能夠解決對企業(yè)、人類或其他方面具有實際價值的問題。

盡管面臨這些挑戰(zhàn)，企業(yè)仍在投資量子計劃，以識別用例并開發(fā)算法，以便在實現(xiàn)容錯通用機器時做好量子準備。因此，中國、德國和美國等政府實體;IBM、Google、Microsoft和Amazon Web Services (AWS) 等IT行業(yè)領(lǐng)導者;以及私人投資者正在增加大對量子計算的投資，以將這項技術(shù)推向新的成熟水平。

IDC預計，到2027年底，對量子計算市場的投資將達到近164億美元。IDC認為，這些投資將引發(fā)一系列技術(shù)創(chuàng)新和突破，使組織能夠?qū)?span id="spggvkb" class="keyword">量子計算應用于多樣化且不斷擴大的用例組，這些用例涉及對大量不同數(shù)據(jù)集、指數(shù)級大量變量以及無窮無盡的可能結(jié)果的分析。

由于量子比特獨特的疊加和糾纏特性，使用量子計算解決大規(guī)模用例成為可能。量子計算機和經(jīng)典計算機基于一系列0和1存儲和計算數(shù)據(jù)。在經(jīng)典計算中，這是使用位來完成的。位只能保存0或1的值，而不能同時是0和1。量子位確實具有這種能力。這種性質(zhì)被稱為疊加。通過量子比特糾纏，一對量子比特被連接或鏈接。一個量子位的狀態(tài)變化會導致另一個量子位同時發(fā)生可預測的變化。疊加和糾纏的量子特性相結(jié)合，使量子比特能夠比經(jīng)典計算機更快、更便宜、更好(更準確或更精確地)處理更多數(shù)據(jù)。因此，企業(yè)可以使用量子計算系統(tǒng)來探索可以加速當前業(yè)務流程和工作負載的新的獨特用例。

用例列表正在快速增長。此列表中包括性能密集型計算 (PIC) 特定用例，用于解決新定義的問題、改進在PIC環(huán)境中生成和迭代的解決方案、模擬量子算法等。在這項創(chuàng)新技術(shù)的推動下，許多企業(yè)不想推遲他們的量子之旅的開始。目前正在或計劃投資量子計算的10家企業(yè)中，約有8家希望將量子計算技術(shù)集成為混合模型，以增強其當前的性能密集型計算 (PIC) 能力。由于這一趨勢，IDC預計基于量子計算的加速器最初將加速幾個性能密集型計算工作負載。然而，從長遠來看，這些工作負載中的許多最終將跨越計算范式，成為量子計算。

量子和經(jīng)典硬件供應商正在努力開發(fā)專門用于解決HPC問題的量子和受量子啟發(fā)的計算系統(tǒng)。例如，使用協(xié)同設計方法，量子初創(chuàng)公司IQM正在將量子應用和算法直接映射到量子處理器，以開發(fā)特定應用的超導計算機。結(jié)果是一個量子系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化，可以運行特定的應用程序，例如HPC工作負載;通過與量子硬件初創(chuàng)公司Atos合作，Pascal正在努力將其中性原子量子處理器整合到HPC環(huán)境中;NVIDIA的cuQuantum Appliance和cuQuantum軟件開發(fā)套件為企業(yè)提供了在HPC環(huán)境中集成和運行量子模擬所需的量子模擬硬件和開發(fā)工具。

在更全球化的層面上，歐洲高性能計算聯(lián)合企業(yè)(EuroHPC JU)宣布為高性能計算機和量子模擬器(HPCQS)混合項目提供資金。根據(jù)EuroHPC JU的介紹，該項目的目標是通過將兩個100+ 量子比特量子模擬器集成到兩臺超級計算機中并開發(fā)量子計算平臺，這兩個平臺都可以通過云訪問，從而為歐洲后百億級時代做好準備。

由于對混合量子-HPC系統(tǒng)的需求，其他經(jīng)典和量子硬件和軟件供應商也宣布他們在努力開發(fā)混合量子-HPC解決方案。例如，計算基礎設施供應商HPE正在通過專注于量子加速器的共同開發(fā)，將其研發(fā)重點擴展到量子計算。由于量子軟件供應商Zapata預見到量子計算、HPC和機器學習的融合，該公司正在創(chuàng)建Orquestra Universal Scheduler來管理HPC集群和當前HPC資源上的任務執(zhí)行。

然而，最近IDC調(diào)查的結(jié)果表明，大約15%的企業(yè)仍然不愿采用量子計算。為了使量子計算騰飛，由量子科學家、物理學家、工程師、開發(fā)人員和操作員組成的量子計算勞動力需要不斷發(fā)展。然而，這不應阻止企業(yè)開始他們的量子計算之旅。相反，猶豫不決的采用者應該利用量子硬件和軟件供應商以及專門研究量子計算技術(shù)的IT顧問提供的開發(fā)和咨詢服務。因為選擇很明確，要么做好量子準備，要么被拋在后面。IDC預計，到2027年，全球客戶在量子計算的支出將增長到86億美元。

標簽： 商業(yè)成熟還很遠 投資量子計劃 成熟水平 大量不同數(shù)據(jù)集