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對(duì)一些人來(lái)說(shuō)，量子計(jì)算（Quantum computer）可能聽(tīng)上去像是科幻小說(shuō)，是幾十年后的情景。實(shí)際上，全球已經(jīng)有不少人已經(jīng)投入這項(xiàng)前沿計(jì)算的研究中，有超過(guò)2100篇量子計(jì)算的研究論文發(fā)布，有超過(guò)250家量子計(jì)算初創(chuàng)公司，有22個(gè)國(guó)家級(jí)量子計(jì)算相關(guān)的政策。

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量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式，通常與經(jīng)典計(jì)算相比較。從原理看，量子計(jì)算可以擁有比經(jīng)典計(jì)算更快的計(jì)算速度，這種差距有可能高達(dá)百萬(wàn)億倍。

量子計(jì)算有望攻破當(dāng)今面臨的諸多挑戰(zhàn)，推動(dòng)從藥物研發(fā)到天氣預(yù)報(bào)等各項(xiàng)工作的發(fā)展，能夠在未來(lái)的HPC中發(fā)揮巨大作用。正因?yàn)槿绱?，大量公司和研究人員都投資資源研究量子計(jì)算。

目前，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的物理平臺(tái)有多種方案，比如超導(dǎo)、離子阱、中性原子、硅量子、光量子等，不過(guò)也都面臨著不用的挑戰(zhàn)。

想要加速量子計(jì)算的發(fā)展，混合量子計(jì)算有望實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的首批實(shí)際應(yīng)用。

所謂混合量子計(jì)算，就是量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)協(xié)同工作，充分發(fā)揮經(jīng)典計(jì)算（比如CPU和GPU）在傳統(tǒng)作業(yè)中的優(yōu)勢(shì)，如電路優(yōu)化、校正和糾錯(cuò)，以及系統(tǒng)級(jí)量子處理器（即QPU）作為新型加速器的優(yōu)勢(shì)。

相比CPU，GPU是實(shí)現(xiàn)混合量子計(jì)算的一個(gè)好選擇，因?yàn)镚PU可以縮短傳統(tǒng)作業(yè)的執(zhí)行時(shí)間，并大幅降低經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)之間的通信延遲，而這是當(dāng)今混合量子作業(yè)面臨的主要瓶頸。

與此同時(shí)，另一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是軟件工具。量子處理器作為新興的硬件，想要對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)發(fā)揮其價(jià)值，研究人員只能使用相當(dāng)于低級(jí)組裝代碼的量子，也就是說(shuō)只有量子計(jì)算專家才能對(duì)量子加速器進(jìn)行編程，這也就難以推動(dòng)量子計(jì)算的快速發(fā)展。

因此，量子計(jì)算領(lǐng)域需要統(tǒng)一的編程模型和編譯器工具鏈。

編譯器可以讓科學(xué)家輕松地將其 HPC應(yīng)用的一部分先移植到模擬版QPU，然后再移植到真正的QPU，高效找到量子計(jì)算加速工作的方法。

將GPU加速的模擬工具、編程模型和編譯器工具鏈全部結(jié)合在一起后， HPC 研究人員就可以開(kāi)始構(gòu)建未來(lái)的混合量子數(shù)據(jù)中心。

擁有業(yè)界領(lǐng)先高性能GPU，且在HPC和AI方面有豐富經(jīng)驗(yàn)的英偉達(dá)，能夠幫助其在量子計(jì)算領(lǐng)域迅速建立獨(dú)特的產(chǎn)品和優(yōu)勢(shì)。

英偉達(dá)確實(shí)已經(jīng)開(kāi)始將其在AI領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)復(fù)制到量子計(jì)算領(lǐng)域。從離開(kāi)發(fā)者最近的軟件切入，降低使用開(kāi)發(fā)者的使用門檻，幫助量子計(jì)算領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)者能解決問(wèn)題，創(chuàng)造價(jià)值，一旦量子計(jì)算的研究者和使用者首選英偉達(dá)的工具，自然也就能幫英偉達(dá)在量子計(jì)算領(lǐng)域搶占先機(jī)。

GTC 2021上，英偉達(dá)宣布推出cuQuantum SDK，目的是加速在GPU上運(yùn)行的量子電路模擬。如今，已經(jīng)有數(shù)十家量子組織已經(jīng)在使用cuQuantum 軟件開(kāi)發(fā)套件，在 GPU 上加速其量子電路模擬。

近期，AWS在Braket服務(wù)中提供cuQuantum，并展示了cuQuantum在量子機(jī)器學(xué)習(xí)工作負(fù)載上實(shí)現(xiàn)了900倍的加速，同時(shí)減少3.5倍的成本。

cuQuantum對(duì)于推動(dòng)量子計(jì)算發(fā)展的另一個(gè)重要價(jià)值在于，其能夠在主要的量子軟件框架上實(shí)現(xiàn)加速計(jì)算，包括Google的qsim、IBM的Qiskit Aer、Xanadu的PennyLane和Classiq 的Quantum Algorithm Design平臺(tái)。

對(duì)于科學(xué)家和開(kāi)發(fā)者而言，這些框架的用戶可以訪問(wèn)GPU加速，而無(wú)需再進(jìn)行任何編碼。對(duì)于英偉達(dá)而言，將意味著其在量子計(jì)算軟件框架上的重要價(jià)值，以及充分發(fā)揮其GPU在混合量子計(jì)算中的作用。

2022年7月12日，英偉達(dá)在量子計(jì)算領(lǐng)域繼續(xù)向前邁進(jìn)，發(fā)布了一個(gè)統(tǒng)一計(jì)算平臺(tái)QODA。

量子優(yōu)化設(shè)備架構(gòu) (QODA)的目標(biāo)是通過(guò)創(chuàng)建相干的混合量子經(jīng)典編程模型，使量子計(jì)算更容易使用。QODA也使HPC和AI領(lǐng)域的專家能夠輕松將他們的應(yīng)用移植到公有云、NVIDIA DGX系統(tǒng)或者配備了大量NVIDIA GPU的超算中心當(dāng)中。

對(duì)于已經(jīng)使用cuQuantum軟件開(kāi)發(fā)工具包在GPU上模擬量子線路的量子組織，通過(guò)QODA，量子研究人員還可以在相同的cuQuantum模擬環(huán)境中開(kāi)發(fā)量子線路。

與AI和高性能計(jì)算一樣，生態(tài)才是成功的關(guān)鍵，因此軟硬件合作伙伴對(duì)于英偉達(dá)在量子計(jì)算領(lǐng)域的成功都至關(guān)重要。

Q2B 22 東京量子計(jì)算會(huì)議上，英偉達(dá)宣布與量子硬件供應(yīng)商IQM quantum Computers、Pasqal、Quantum、Quantum Brilliance和Xanadu，軟件供應(yīng)商QC Ware和Zapata Computing， 以及超級(jí)計(jì)算中心德國(guó)尤里希研究中心、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展QODA方面的合作。

英偉達(dá)CEO黃仁勛一直都在強(qiáng)調(diào)，英偉達(dá)要做的是開(kāi)創(chuàng)新的產(chǎn)品和市場(chǎng)，而不是去搶占已有的市場(chǎng)。量子計(jì)算正是這樣一個(gè)全新的市場(chǎng)，英偉達(dá)無(wú)論在量子計(jì)算領(lǐng)域技術(shù)路線的選擇，還是選擇的切入點(diǎn)，都有助其搶占量子計(jì)算的先機(jī)。

但也要看到，量子計(jì)算還有很長(zhǎng)的路要走，還難以判斷誰(shuí)能擁有量子霸權(quán)。

關(guān)鍵詞： nVIDIA 英偉達(dá)正將其在AI領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)復(fù)制到量子計(jì)算 cnBeta