中國計算機學會量子計算專業(yè)組

中國通信學會量子計算委員會
安徽省量子計算工程研究中心聯(lián)合出品導讀

據(jù)英國《新科學家》網(wǎng)站近日報道，歐洲目前運行速度最快的超級計算機“LUMI”已經(jīng)與芬蘭國家技術研究中心的第一臺量子計算機HELMI完成連接。這種結(jié)合可以幫助研究人員找出讓量子計算機與超級計算機實現(xiàn)最佳配對的方法，為一種新型計算奠定基礎，以便更快速地解決復雜問題。

據(jù)了解，該連接由芬蘭國家技術研究中心、CSC和阿爾托大學合作建立，芬蘭大學和該研究機構(gòu)的用戶將獲得對該平臺的試點訪問權(quán)。芬蘭國家技術研究中心的維勒·科托維塔表示，HELMI是一款超導量子計算機，研究人員可通過向LUMI提交程序訪問HELMI，即要求超級計算機告訴量子計算機該做什么，然后報告或使用其輸出。盡管HELMI目前只有5個量子比特，但它仍可幫助研究人員找到同時使用傳統(tǒng)計算機和量子計算機的最佳方法。中國量子計算專家解讀當前，如何更好、更高效使用量子計算機和經(jīng)典計算機，這是一個懸而未決的事情。但量子計算與超算融合或許是未來比較好的一個趨勢。

這是一種量子-經(jīng)典混合的計算架構(gòu)，通常是指在一個系統(tǒng)中，同時包含了量子計算機和經(jīng)典的CPU/GPU計算部分。利用量子計算機芯片來制備相應量子態(tài)并測量，再通過經(jīng)典計算機算法來分析測量結(jié)果并優(yōu)化量子計算機的參數(shù)等。更普遍來講，可以設計算法讓量子計算部分與經(jīng)典計算部分傳遞信息，合作來完成計算任務。通過這種量子-經(jīng)典混合架構(gòu)，可以充分發(fā)揮量子計算的優(yōu)勢，同時借用成熟的經(jīng)典計算方案來彌補早期量子芯片的噪聲、退相干等問題。

除科托維塔團隊外，還有其他大型量子計算機研究團隊青睞這種混合方法。

德國

2021年3月，萊布尼茨超算中心（LRZ）成立了量子集成中心(QIC)，以進一步開展混合量子-經(jīng)典系統(tǒng)的集成研究。LRZ是組成高斯超級計算中心的3個中心之一，正在與量子計算機硬件公司IQM、軟件開發(fā)商HQS和超級計算機制造商Atos合作。該項目為期三年，運行資金4000萬歐元。

2021年11月，德國聯(lián)邦教育和研究部長Anja Karliczek宣布啟動Q-Exa聯(lián)盟，這是一個雄心勃勃的項目，旨在在傳統(tǒng)高性能計算（HPC）的幫助下加速歐洲量子計算技術。2022年10月，萊布尼茨超算中心的“Euro-Q-Exa”項目獲巴伐利亞州、德國聯(lián)邦政府和歐洲的資助，將使用量子處理器作為超算的加速器。歐洲高性能計算聯(lián)合企業(yè) (EuroHPC JU) 理事會決定在萊布尼茨超級計算中心 (LRZ) 內(nèi)搭建一臺量子計算機。計劃最早在2023年，萊布尼茨超級計算中心將向歐洲用戶提供由德國聯(lián)邦教育和研究部資助的量子設備“Q-Exa”。到2026年，將再添加100量子比特系統(tǒng)。美國2021年11月，戴爾公司和離子阱量子計算公司IonQ共同測試了混合經(jīng)典-量子平臺，該平臺可以為藥理學開發(fā)建模更大、更復雜的分子。
2022年2月，Rigetti Computing宣布與Ampere Computing(安晟培)建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，以共同創(chuàng)建混合量子經(jīng)典計算機，意在通過云服務解鎖新一代的機器學習應用。2022年11月，IBM發(fā)布433比特超導量子處理器Osprey，并將于2023年布局以量子為中心的超級計算機，其中QPU、CPU和GPU協(xié)同工作以加速計算。2022年12月，Qubit Pharmaceuticals 公司正在使用基于英偉達量子優(yōu)化設備架構(gòu) (QODA) 的混合經(jīng)典計算和量子計算構(gòu)建一個平臺（Atlas），來加速藥物發(fā)現(xiàn)。通過量子&經(jīng)典混合方式，Atlas平臺將計算速度提高了100000倍。日本2022年11月，富士通宣布開發(fā)量子/HPC混合計算技術，該技術利用了富士通的39量子比特量子模擬器，并配備了與“富岳”超級計算機同款CPU的“PRIMEHPC FX 700”超級計算系統(tǒng)。通過把量子計算、高性能計算（HPC）和AI技術相結(jié)合，讓沒有專業(yè)知識的用戶使用量子模擬器和HPC技術，為現(xiàn)實世界的問題尋找有效的解決方案。
法國2022年1月，法國政府啟動全國量子計算平臺建設，將以CEA運行的超大型計算中心（TGCC）為載體，實現(xiàn)傳統(tǒng)計算機和量子計算機交互操作。
此外，2022年初，歐洲量子旗艦計劃官網(wǎng)發(fā)布《歐洲量子計算和量子模擬基礎設施》白皮書，為如何實現(xiàn)高性能計算機與量子計算的融合發(fā)展達成共識。白皮書由歐洲高性能（HP）和量子計算社區(qū)聯(lián)合推出，涵蓋了歐洲各大超算中心以及對高性能計算有巨大需求的相關科研機構(gòu)。這份白皮書表達了QT和HPC社區(qū)的歐洲成員對如何聯(lián)合量子計算機、量子模擬器和HPC資源的看法，從而預示著新一代混合量子經(jīng)典機器的誕生，其中量子設備扮演加速器的角色，目標是增強傳統(tǒng)超級計算機。

表：歐洲超算中心&HPC計算中心（來源白皮書）

今年10月，歐洲高性能計算聯(lián)盟（EuroHPC JU）選擇巴塞羅那超算中心作為歐洲量子計算網(wǎng)絡的六個中心之一。新的量子計算機設備將安裝在巴塞羅那超級計算中心，并與西班牙最強大、歐洲最先進的MareNostrum 5超級計算機相集成。此外，該聯(lián)盟還宣布將選擇捷克、德國、西班牙、法國、意大利、波蘭六個成員國來部署史上第一個歐洲量子計算機網(wǎng)絡。它將整合這六個國家現(xiàn)有的超級計算機，形成一個量子計算網(wǎng)絡，并于2023年下半年投入使用。

量子計算機有望最終完成最強大的經(jīng)典計算機（超級計算機）無法完成的計算。目前不少科研團隊正致力于完善量子計算機，如果能與傳統(tǒng)超級計算機“混編作戰(zhàn)”，就能充分發(fā)揮量子計算機與超級計算機的雙向優(yōu)勢。中國量子計算專家建議

我國超級計算中心總量世界排名第一，TOP500名中國占據(jù)162席，探索量子計算與傳統(tǒng)超算融合發(fā)展對算力顛覆性創(chuàng)新具有重大意義。本源量子作為國內(nèi)第一家量子計算公司，已成功研制第一臺國產(chǎn)超導量子計算機，并獲得安徽省首臺套重大技術裝備認定，即將推出更高算力的量子計算機，具備量子計算與傳統(tǒng)超算融合發(fā)展的先天優(yōu)勢。