混合量子-經典計算邁出了重要一步

經典計算機的能力依舊在持續進步，但人們早已開始探索量子計算，以期解決一些經典計算無法解決的問題，或者提升計算效率，比如新材料研發，藥物研發等。

不過，不同量子計算技術路徑都面臨著棘手的技術難題，典型的如量子比特的構建。

但量子計算在持續去的突破。

雷峰網(公眾號：雷峰網)消息，在今年的國際超算大會（ISC）上，英偉達、羅爾斯·羅伊斯和量子軟件公司Classiq宣布了一項量子計算新突破，羅爾斯·羅伊斯計劃使用新的電路發揮量子在量子計算電路（CFD）中的優勢，同時使用經典和量子計算方法來模擬噴氣發動機設計的性能。

英偉達還在ISC上宣布計劃與德國于利希研究中心（FZJ）的于利希超算中心（JSC）聯合建立一座新的實驗室，朝著混合量子-經典計算邁出了重要一步。

對于加速計算的領軍者英偉達來說，在經典和量子計算領域的探索，是其領導力以及前瞻性的體現。

更讓人關心的問題是，第一臺量子加速超級計算機何時會到來？

混合量子-經典計算的兩個重要突破 

噴氣式發動機是地球上最復雜的設備之一，其設計成本非常高昂，而且計算難度極大。羅爾斯·羅伊斯選擇借助量子計算幫助設計噴氣式發動機，目標是不斷提高噴氣發動機效率。

通過采用英偉達的量子計算平臺，羅爾斯·羅伊斯和量子軟件公司Classiq設計并模擬了世界上最大的計算流體力學（CFD）量子計算電路。這一電路測量深度為1000萬層，有39個量子位。羅爾斯·羅伊斯正在使用GPU為量子未來做準備，盡管當今的量子計算機僅能支持只有幾層的電路深度。

羅爾斯·羅伊斯計算科學研究員Leigh Lapworth直言：“將經典和量子計算方法直接用于解決噴氣發動機的設計難題將幫助我們加快進程并進行更復雜的計算。”

對于混合量子-經典計算向前突破同樣關鍵的是新實驗室的建立，該實驗室將與慕尼黑的ParTec AG一起在NVIDIA量子計算平臺的基礎上開發一臺經典-量子超級計算機。同時，這個實驗室將由歐洲最大的跨學科研究中心之一——FZJ運營，并作為于利希量子計算用戶基礎設施（JUNIQ）的一部分。

JSC量子信息處理部主管Kristel Michielsen說：“混合量子-經典系統正在使量子計算更接近現實，以解決單靠經典計算無法解決的復雜問題。通過與英偉達合作建立這座模塊化量子計算實驗室，JSC的研究人員可以在化學和材料科學領域取得前所未有的進步，推動各個科學學科和行業實現更加廣泛的變革性進展。”

“量子計算機將成為未來任何異構超級計算機必不可少的組成部分。”ParTec AG首席執行官Bernhard Frohwitter認為。

量子-經典計算的成功需要什么？

混合量子-經典計算中經典計算關鍵硬件平臺包含CPU和GPU，比如上面提到的突破性進展中都采用英偉達的統一計算平臺。

Grace Hopper超級芯片集NVIDIA Hopper架構GPU的性能與NVIDIA Grace CPU的多功能性于一身，堪稱超大規模量子模擬工作負載的理想選擇。

這是因為，高速、低延遲的NVIDIA NVLink-C2C互連技術優化了使用該超級芯片構建的經典系統與量子處理器或QPU的連接。同時，Grace Hopper每個節點共有600GB快速訪問內存，令量子生態系統能夠進一步擴大這些模擬的規模。

NVIDIA超大規模和高性能計算副總裁Ian Buck介紹，羅爾斯·羅伊斯及其合作伙伴——以色列公司Classiq先是使用Classiq的合成引擎設計了該電路，然后使用NVIDIA A100 Tensor Core GPU對其進行模擬，而NVIDIA cuQuantum —— 一個包含經過優化、用于加快量子計算流程的庫和工具軟件開發工具套件保證了該流程的速度和規模。

與此類似，英偉達計劃與德國于利希研究中心（FZJ）的于利希超算中心（JSC）聯合建立的新實驗室目前正在使用搭載3744顆NVIDIA A100 Tensor Core GPU的JUWELS加速系統進行量子計算模擬。

當然，要實現模擬還需要借助實現了量子與經典計算的緊密集成的英偉達量子計算平臺通過開源CUDA Quantum編程模型，以及NVIDIA cuQuantum軟件開發套件。

NVIDIA高性能計算兼量子計算總監Timothy Costa認為，“ NVIDIA與于利希超級計算中心、ParTec等創新者的合作是量子-經典計算領域的一座重要里程碑，不僅使無數新的研究人員能夠使用量子-經典計算，而且距離第一臺量子加速超級計算機又近了一步。”

要創造第一臺量子加速超級計算機，最關鍵就是生態。生態是一個很大的概念，包含著軟件和硬件，還有更大技術、生產、應用相關的所有個體和機構。

可以看到，英偉達作為量子計算的探索者，也在推動混合量子-經典計算生態的發展。

比如，集成CUDA Quantum的最新QPU制造商ORCA Computing正在將其光子量子計算機與用于機器學習的GPU相結合。兩個熱門量子機器學習框架TensorFlow Quantum和TorchQuantum現在也集成了cuQuantum。

英偉達一個不可忽視的優勢在于，如今全球大多數量子計算軟件均支持NVIDIA量子平臺的GPU加速功能。雷峰網

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