量子計算機將作為HPC中的加速器出現(xiàn)

北京市阿金6月8日消息（余予）隨著量子計算越來越接近主流，人們普遍認(rèn)為這些系統(tǒng)不會取代經(jīng)典計算。這就提出了一個問題：量子計算機在計算基礎(chǔ)設(shè)施中究竟處于什么位置？

政府、超級計算實驗室和公司開始研究量子處理單元（也稱為QPU）如何適應(yīng)高性能計算環(huán)境。

萊布尼茨超級計算中心（The Leibniz Supercomputing Centre）正在慕尼黑附近的數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建一個樞紐，用于測試新型芯片和系統(tǒng)。該中心正在其實驗室部署Cerebras的AI系統(tǒng)，并且還擁有一個量子計算中心。

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計劃正在用量子和人工智能系統(tǒng)提供的加速計算來評估百億億級超級計算機。

“我們傾向于較少考慮HPC系統(tǒng)和AI系統(tǒng)。對于即將出現(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架構(gòu)來說什么是有意義方面來考慮這一點，”Schulz表示。

阿貢國家實驗室在研究量子比特系統(tǒng)時，也搭載了來自不同公司的量子芯片。谷歌和IBM正在開發(fā)超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)，而PsiQuantum則專注于建立一個擁有100萬個量子比特系統(tǒng)的量子計算工廠。英特爾正在尋求一種基于量子點的系統(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年開始，它的量子系統(tǒng)規(guī)模將超過10000個量子比特，采用“量子和經(jīng)典通信”。

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

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

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

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

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

“即使你在中間有一個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，并補充道，Rhea可以用來管理量子加速。

GPU公司英偉達(dá)并未開發(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)備集成了一個軟件容器和一個全棧量子電路模擬器。該系統(tǒng)采用了英偉達(dá)的A100 GPU（也用于許多超級計算機）以加速量子模擬和工作負(fù)載。

“你可以使用這個容器，安裝它，并且出于所有意圖和目的，你擁有一個非常強大的，也許是世界上最強大的量子處理器，因為你在這個硬件之上擁有一個完整的模擬堆棧。 ”英偉達(dá)HPC和量子計算部門經(jīng)理Tim Costa表示。

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

“具有優(yōu)勢的應(yīng)用不會是純粹的量子應(yīng)用。你不會在量子處理器上進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。

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。

“在這是我們前進的過程中非常感興趣的一個領(lǐng)域，”Tim Costa表示。

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