Nvidia公司正在和位于多倫多的初創(chuàng)公司Xanadu Quantum Technologies展開合作，首次實(shí)現(xiàn)在超級(jí)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行量子計(jì)算模擬。

Nvidia在今天發(fā)布的一篇博文中表示，研究人員正在使用最新版本的Xanadu PennyLane在名為“Perlmutter”的超級(jí)計(jì)算機(jī)上模擬量子機(jī)器。PennyLane是一個(gè)名為“混合量子計(jì)算”的開源框架，也就是使用經(jīng)典計(jì)算資源和量子處理器。研究人員將PennyLane與Nvidia cuQuantum軟件開發(fā)套件結(jié)合起來，使其能夠模擬由高性能GPU集群驅(qū)動(dòng)的量子機(jī)器。

這種高性能是一項(xiàng)關(guān)鍵要求，因?yàn)槊绹?guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Shinjae Yoo等研究人員表示，需要多達(dá)256個(gè)GPU才能模擬大約36個(gè)量子位——這是真正的量子機(jī)器所采用的特有的計(jì)算器，而且至關(guān)重要的是，這大約是研究人員目前可用量子位數(shù)量的兩倍。

Nvidia表示，PennyLane的多節(jié)點(diǎn)版本將搭配cuQuantum SDK一起使用，以簡(jiǎn)化加速量子計(jì)算機(jī)大規(guī)模模擬的復(fù)雜工作。Yoo表示：“這甚至讓我的實(shí)習(xí)生也可以運(yùn)行一些最大規(guī)模的模擬，的確令人感到興奮。”他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將有不少于6個(gè)項(xiàng)目將使用PennyLane。

Yoo的研究旨在推進(jìn)高能物理和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，而其他研究人員正在使用模擬量子計(jì)算機(jī)來擴(kuò)展他們對(duì)化學(xué)和材料科學(xué)的理解。

量子計(jì)算機(jī)是一種實(shí)驗(yàn)型計(jì)算機(jī)，依賴于量子力學(xué)的特性，有望比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更為強(qiáng)大，盡管這仍然是一項(xiàng)尚未完全開發(fā)的新興技術(shù)，而模擬運(yùn)算則讓研究人員能夠在開發(fā)過程中開始探索他們的能力。

除了幫助研究人員之外，Xanadu公司還與勞斯萊斯汽車有限公司合作開發(fā)量子算法，用于設(shè)計(jì)更可持續(xù)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)；與大眾集團(tuán)合作，為電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)更高效、更強(qiáng)大的電池。

除了Yoo的項(xiàng)目外，國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心的Perlmutter超級(jí)計(jì)算機(jī)至少還在四個(gè)項(xiàng)目中利用PennyLane在模擬量子算機(jī)。NERSC量子計(jì)算項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人Katherine Klymko 表示，研究人員正在使用量子模擬來研究對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來說太大的分子復(fù)合物。Klymko說：“像PennyLane這樣的工具是讓他們擴(kuò)展當(dāng)前經(jīng)典功能的關(guān)鍵，為最終在大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行算法做好準(zhǔn)備。”

Xanadu公司高級(jí)量子軟件開發(fā)人員Lee O’Riordan表示，PennyLane和cuQuantum的結(jié)合使可模擬的量子位數(shù)量大幅增加成為可能，超出了之前所實(shí)現(xiàn)的任何水平。“當(dāng)我們從2022年開始在單個(gè)GPU上使用cuQuantum的時(shí)候，我們就幾乎全面實(shí)現(xiàn)了10倍的加速。我們希望在今年年底之前擴(kuò)展到1000個(gè)節(jié)點(diǎn)，也就是4000個(gè)GPU，這可能意味著模擬超過40個(gè)量子位。”

O’Riordan相信，最終Nvidia cuQuantum和GPU可以幫助模擬相當(dāng)于60多個(gè)量子位，分為30個(gè)量子位子電路，甚至更多。

Xanadu的團(tuán)隊(duì)仍在收集有關(guān)任何可能性的數(shù)據(jù)，但這項(xiàng)研究看起來很有希望，“根據(jù)我們基于樣本的工作負(fù)載，我們看到的幾乎都是線性擴(kuò)展。”