萊布尼茨：量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施中究竟是什么位置？

隨著量子計(jì)算越來(lái)越接近主流，人們普遍認(rèn)為這些系統(tǒng)不會(huì)取代經(jīng)典計(jì)算。這就提出了一個(gè)問(wèn)題：量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施中究竟處于什么位置?

政府、超級(jí)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室和公司開(kāi)始研究量子處理單元(也稱為QPU)如何適應(yīng)高性能計(jì)算環(huán)境。

萊布尼茨超級(jí)計(jì)算中心(The Leibniz Supercomputing Centre)正在慕尼黑附近的數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建一個(gè)樞紐，用于測(cè)試新型芯片和系統(tǒng)。該中心正在其實(shí)驗(yàn)室部署Cerebras的AI系統(tǒng)，并且還擁有一個(gè)量子計(jì)算中心。

LRZ戰(zhàn)略主管Laura Schulz表示，該中心希望將新型人工智能芯片和量子系統(tǒng)相匹配，以最好地解決其處理的廣泛工作負(fù)載。

名為“Future Compute”的LRZ計(jì)劃正在用量子和人工智能系統(tǒng)提供的加速計(jì)算來(lái)評(píng)估百億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)。

“我們傾向于較少考慮HPC系統(tǒng)和AI系統(tǒng)。對(duì)于即將出現(xiàn)的量子系統(tǒng)的表征，有一些論據(jù)需要提出。我們從工作流程的特征和要完成的工作以及對(duì)架構(gòu)來(lái)說(shuō)什么是有意義方面來(lái)考慮這一點(diǎn)，”Schulz表示。

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在研究量子比特系統(tǒng)時(shí)，也搭載了來(lái)自不同公司的量子芯片。谷歌和IBM正在開(kāi)發(fā)超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)，而PsiQuantum則專注于建立一個(gè)擁有100萬(wàn)個(gè)量子比特系統(tǒng)的量子計(jì)算工廠。英特爾正在尋求一種基于量子點(diǎn)的系統(tǒng)，其芯片可以在其現(xiàn)有工廠中制造。

IBM的路線圖主要包括到2025年的量子系統(tǒng)，從2026年開(kāi)始，它的量子系統(tǒng)規(guī)模將超過(guò)10000個(gè)量子比特，采用“量子和經(jīng)典通信”。

云服務(wù)提供商也在參與量子競(jìng)賽。亞馬遜提供不同類型的量子系統(tǒng)，包括來(lái)自D-Wave的退火器、來(lái)自IonQ的離子阱量子處理器以及來(lái)自Rigetti和IonQ的超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)。

埃森哲量子項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Carl Dukatz表示，隨著云服務(wù)提供商為客戶創(chuàng)建層以簡(jiǎn)單地探索應(yīng)用程序系統(tǒng)的可行性，量子計(jì)算變得越來(lái)越容易訪問(wèn)。

開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)多種方式選擇經(jīng)典計(jì)算或在量子設(shè)備上計(jì)算的庫(kù)，并選擇他們選擇的資源。此外，隨著越來(lái)越多的庫(kù)變得流行且更易于使用，數(shù)據(jù)科學(xué)家現(xiàn)在正在通過(guò)云訪問(wèn)量子計(jì)算，而不是直接訪問(wèn)量子提供商。

“對(duì)于已經(jīng)知道如何使用這些云服務(wù)提供商并熟悉算法的人來(lái)說(shuō)，很自然地就可以輕松開(kāi)始測(cè)試和比較經(jīng)典系統(tǒng)和量子系統(tǒng)，”Dukatz表示。

總部位于法國(guó)的芯片制造商SiPearl的首席執(zhí)行官Philippe Notton表示，量子計(jì)算機(jī)將作為加速器出現(xiàn)，并且仍然需要傳統(tǒng)的CPU來(lái)運(yùn)行操作，該公司正在開(kāi)發(fā)一種名為Rhea的基于Arm的CPU，用于計(jì)劃于明年上線的歐洲exascale系統(tǒng).

“即使你在中間有一個(gè)量子處理器或量子加速器，它也是另一種加速形式，你仍然需要大量的CPU圍繞它，”Notton說(shuō)，并補(bǔ)充道，Rhea可以用來(lái)管理量子加速。

GPU公司英偉達(dá)并未開(kāi)發(fā)量子處理器，而是提供用于量子電路模擬的CuQuantum軟件套件。該公司的CuQuantum DGX硬件設(shè)備集成了一個(gè)軟件容器和一個(gè)全棧量子電路模擬器。該系統(tǒng)采用了英偉達(dá)的A100 GPU(也用于許多超級(jí)計(jì)算機(jī))以加速量子模擬和工作負(fù)載。

“你可以使用這個(gè)容器，安裝它，并且出于所有意圖和目的，你擁有一個(gè)非常強(qiáng)大的，也許是世界上最強(qiáng)大的量子處理器，因?yàn)槟阍谶@個(gè)硬件之上擁有一個(gè)完整的模擬堆棧。 ”英偉達(dá)HPC和量子計(jì)算部門經(jīng)理Tim Costa表示。

Costa表示，人們普遍認(rèn)為，GPU在混合量子經(jīng)典計(jì)算中扮演著直接的角色。

“具有優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用不會(huì)是純粹的量子應(yīng)用。你不會(huì)在量子處理器上進(jìn)行第一次完整的天氣模擬。這不是事情的發(fā)展方向。相反，它將是經(jīng)典基礎(chǔ)設(shè)施之間的共同努力，可能是我們今天使用的大規(guī)模經(jīng)典基礎(chǔ)設(shè)施，”Costa說(shuō)。

根據(jù)工作負(fù)載，某些部分代碼可以看作是GPU和量子處理器的加速卸載，或者是GPU上的量子模擬。

“在這是我們前進(jìn)的過(guò)程中非常感興趣的一個(gè)領(lǐng)域，”Tim Costa表示。

標(biāo)簽： 萊布尼茨 量子計(jì)算機(jī) 基礎(chǔ)設(shè)施