Nvidia公司正在和位于多倫多的初創(chuàng)公司Xanadu Quantum Technologies展開合作，首次實現(xiàn)在超級計算機上運行量子計算模擬。

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”的超級計算機上模擬量子機器。PennyLane是一個名為“混合量子計算”的開源框架，也就是使用經(jīng)典計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)動的量子機器。

這種高性能是一項關(guān)鍵要求，因為美國能源部布魯克海文國家實驗室的Shinjae Yoo等研究人員表示，需要多達256個GPU才能模擬大約36個量子位——這是真正的量子機器所采用的特有的計算器，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)點版本將搭配cuQuantum SDK一起使用，以簡化加速量子計算機大規(guī)模模擬的復(fù)雜工作。Yoo表示：“這甚至讓我的實習(xí)生也可以運行一些最大規(guī)模的模擬，的確令人感到興奮?！彼膱F隊計劃將有不少于6個項目將使用PennyLane。

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

量子計算機是一種實驗型計算機，依賴于量子力學(xué)的特性，有望比經(jīng)典計算機更為強大，盡管這仍然是一項尚未完全開發(fā)的新興技術(shù)，而模擬運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)計更可持續(xù)的噴氣發(fā)動機；與大眾集團合作，為電動汽車設(shè)計更高效、更強大的電池。

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

Xanadu公司高級量子軟件開發(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，超出了之前所實現(xiàn)的任何水平?！爱?dāng)我們從2022年開始在單個GPU上使用cuQuantum的時候，我們就幾乎全面實現(xiàn)了10倍的加速。我們希望在今年年底之前擴展到1000個節(jié)點，也就是4000個GPU，這可能意味著模擬超過40個量子位?！?/p>

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

Xanadu的團隊仍在收集有關(guān)任何可能性的數(shù)據(jù)，但這項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展?！?/p>