NVIDIA 平臺(tái)被越來(lái)越多地用于幫助設(shè)計(jì)量子算法、模擬和經(jīng)典量子計(jì)算機(jī)。

在 18 年的花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員生涯中，Bettina Heim 學(xué)會(huì)了如何快速、優(yōu)雅地完成后外鉤點(diǎn)冰一周跳?，F(xiàn)在，她擁有量子計(jì)算博士學(xué)位，正在助力 Microsoft Azure Quantum 在云服務(wù)前沿領(lǐng)域占據(jù)一席之地。

Microsoft 首席軟件工程經(jīng)理 Heim 表示：“我總是被有趣的問(wèn)題所吸引，并努力實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。這就是為什么我被量子計(jì)算所吸引，因?yàn)榱孔佑?jì)算通過(guò)創(chuàng)造超越當(dāng)今經(jīng)典系統(tǒng)的全新工具，具有造福社會(huì)的巨大潛力?！?/p>

去年冬天，Azure Quantum 與 Quantinuum、Quantum Circuits Inc.、Rigetti Computing 和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，展示了經(jīng)典系統(tǒng)和量子系統(tǒng)如何協(xié)同解決重大問(wèn)題，其目標(biāo)是將這種能力交付給任何云用戶。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，它采用了 NVIDIA QODA 等工具，這是一個(gè)開(kāi)放的通用編程環(huán)境，將在未來(lái)的混合系統(tǒng)中關(guān)聯(lián) GPU 和量子處理器。

“QODA 將幫助我們邁出下一步，為截然不同的系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)者工具提供可靠的集成，”現(xiàn)居西雅圖的瑞士人 Heim 表示。

Quantum 的軟件基礎(chǔ)

為量子計(jì)算機(jī)奠定軟件基礎(chǔ)是 Heim 主持的 QIR 聯(lián)盟的工作重點(diǎn)。

該行業(yè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)監(jiān)督量子編程語(yǔ)言與定向量子計(jì)算機(jī)之間通用接口的工作。借助 QIR，開(kāi)發(fā)者可以使用 QODA 等工具來(lái)構(gòu)建在混合量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序，以加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

這是一個(gè)行業(yè)的巨大飛躍，開(kāi)發(fā)者習(xí)慣于編寫相當(dāng)于匯編程序的程序，直接解決每個(gè)系統(tǒng)的具體問(wèn)題。

她說(shuō)：“擁有不需要對(duì)量子系統(tǒng)有深入了解的工具非常重要，因此我們正在與 NVIDIA 等公司合作，以吸引和激勵(lì)廣泛的開(kāi)發(fā)者?！?/p>

“QODA 和 cuQuantum 利用經(jīng)典高性能計(jì)算資源進(jìn)行量子開(kāi)發(fā)，推動(dòng)該領(lǐng)域向前邁進(jìn)了一大步?！彼a(bǔ)充說(shuō)，她指的是 NVIDIA cuQuantum，這是一個(gè)在 GPU 加速系統(tǒng)上運(yùn)行量子電路模擬的軟件庫(kù)。

不斷擴(kuò)大的量子生態(tài)系統(tǒng)

與 Microsoft 合作擴(kuò)展 QIR 生態(tài)系統(tǒng)并將 NVIDIA 的工具集與 Azure Quantum 集成便是眾多合作中的一項(xiàng)。數(shù)十家公司正在采用 cuQuantum 來(lái)加速當(dāng)今經(jīng)典計(jì)算機(jī)的量子研究，并采用 QODA 對(duì)未來(lái)的經(jīng)典量子混合系統(tǒng)進(jìn)行編程。

例如，Rigetti Computing 將允許開(kāi)發(fā)者使用 QODA 對(duì)其超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程。軟件專家 Classiq 將使用 QODA 優(yōu)化其量子算法的性能。

QODA 為混合量子經(jīng)典計(jì)算機(jī)提供統(tǒng)一的編程模型。

這些公司與量子硬件提供商 IQM Quantum Computer、Pasqal、Quantinuum、Quantum Brilliance 和 Xanadu 合作，后者于 7 月宣布使用 QODA 開(kāi)展合作。它們支持廣泛的量子位技術(shù)，這些技術(shù)強(qiáng)化了 QODA 作為支持所有混合量子經(jīng)典系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺(tái)的作用。

此外，QODA 還得到了軟件提供商 QC Ware 和 Zapata Computing 以及四個(gè)超級(jí)計(jì)算中心的支持：Forschungszentrum Jülich、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和日本 RIKEN。

行業(yè)研究依賴于 cuQuantum

與此同時(shí)，cuQuantum 上量子電路模擬的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)大。

寶馬集團(tuán)去年在一篇論文中確定了 40 多個(gè)汽車量子計(jì)算用例。今年，它使用 cuQuantum 的 cuStateVec 庫(kù)作為量子應(yīng)用基準(zhǔn)測(cè)試工作的一部分。

這家汽車制造商與 Amazon Web Services (AWS) 合作舉辦了一場(chǎng)全球挑戰(zhàn)賽，展示量子系統(tǒng)如何解決該行業(yè)最棘手的優(yōu)化、AI 和材料科學(xué)問(wèn)題。本次挑戰(zhàn)賽吸引了 70 個(gè)團(tuán)隊(duì)參加，顯示出人們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的廣泛關(guān)注。

在日本，富士膠片信息技術(shù)研究所正在使用 cuQuantum，與初創(chuàng)公司 Blueqat 一起構(gòu)建量子電路。這次合作的目的是建立大規(guī)模量子電路的模擬，以加速富士膠片的研發(fā)。

開(kāi)發(fā)者可以使用 cuQuantum 在單個(gè) NVIDIA A100 Tensor Core GPU 上創(chuàng)建數(shù)百個(gè)量子位的精確模擬，并在超級(jí)計(jì)算集群上創(chuàng)建數(shù)千個(gè)量子位的精確模擬。

在云端進(jìn)行量子擴(kuò)展

Oracle Cloud 服務(wù)將允許開(kāi)發(fā)者在 GPU 上創(chuàng)建量子電路模擬。它在 Oracle 云市場(chǎng)上提供 DGX cuQuantum Appliance，這是一個(gè)容器，包含運(yùn)行 cuQuantum 作業(yè)所需的所有組件。

同樣，AWS 也宣布在其 Braket 服務(wù)中提供 cuQuantum。它還在 Braket 上展示了 cuQuantum 如何在量子機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載上實(shí)現(xiàn)高達(dá) 900 倍的加速。

咨詢公司也在展示借助 NVIDIA 軟件加速量子計(jì)算的潛力。

AI 獲得量子加速

德勤將使用 cuQuantum 和 QODA 將自然語(yǔ)言處理在客戶服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用提升到一個(gè)新的高度。它將使用高維數(shù)據(jù)集讓系統(tǒng)解讀完整的句子。

在其他項(xiàng)目中，它將探討 cuQuantum 如何加快藥物研發(fā)速度，以及如何解決結(jié)構(gòu)化醫(yī)療數(shù)據(jù)中復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題。

全球 IT 咨詢和服務(wù)公司 SoftServe 的研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域使用 cuQuantum，包括藥物研發(fā)和應(yīng)急物流優(yōu)化。它還在金融量子模擬中運(yùn)行該軟件，例如預(yù)測(cè)股價(jià)趨勢(shì)和自動(dòng)化金融投資組合管理。

這項(xiàng)研究加入了現(xiàn)有合作伙伴的行列，包括 Google Quantum AI 和 IonQ，這些合作伙伴在 2021 年底發(fā)布 cuQuantum 時(shí)宣布支持 cuQuantum。