NVIDIA 平臺被越來越多地用于幫助設(shè)計量子算法、模擬和經(jīng)典量子計算機。

在 18 年的花樣滑冰運動員生涯中，Bettina Heim 學(xué)會了如何快速、優(yōu)雅地完成后外鉤點冰一周跳?，F(xiàn)在，她擁有量子計算博士學(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：“我總是被有趣的問題所吸引，并努力實現(xiàn)目標(biāo)。這就是為什么我被量子計算所吸引，因為量子計算通過創(chuàng)造超越當(dāng)今經(jīng)典系統(tǒng)的全新工具，具有造福社會的巨大潛力?！?/p>

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

為了實現(xiàn)這一點，它采用了 NVIDIA QODA 等工具，這是一個開放的通用編程環(huán)境，將在未來的混合系統(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)

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

該行業(yè)團隊負(fù)責(zé)監(jiān)督量子編程語言與定向量子計算機之間通用接口的工作。借助 QIR，開發(fā)者可以使用 QODA 等工具來構(gòu)建在混合量子計算機上運行的應(yīng)用程序，以加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

這是一個行業(yè)的巨大飛躍，開發(fā)者習(xí)慣于編寫相當(dāng)于匯編程序的程序，直接解決每個系統(tǒng)的具體問題。

她說：“擁有不需要對量子系統(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，以吸引和激勵廣泛的開發(fā)者?！?/p>

“QODA 和 cuQuantum 利用經(jīng)典高性能計算資源進行量子開發(fā)，推動該領(lǐng)域向前邁進了一大步。”她補充說，她指的是 NVIDIA cuQuantum，這是一個在 GPU 加速系統(tǒng)上運行量子電路模擬的軟件庫。

不斷擴大的量子生態(tài)系統(tǒng)

與 Microsoft 合作擴展 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。數(shù)十家公司正在采用 cuQuantum 來加速當(dāng)今經(jīng)典計算機的量子研究，并采用 QODA 對未來的經(jīng)典量子混合系統(tǒng)進行編程。

例如，Rigetti Computing 將允許開發(fā)者使用 QODA 對其超導(dǎo)量子計算機進行編程。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)典計算機提供統(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 開展合作。它們支持廣泛的量子位技術(shù)，這些技術(shù)強化了 QODA 作為支持所有混合量子經(jīng)典系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺的作用。

此外，QODA 還得到了軟件提供商 QC Ware 和 Zapata Computing 以及四個超級計算中心的支持：Forschungszentrum Jülich、勞倫斯伯克利國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室和日本 RIKEN。

行業(yè)研究依賴于 cuQuantum

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

寶馬集團去年在一篇論文中確定了 40 多個汽車量子計算用例。今年，它使用 cuQuantum 的 cuStateVec 庫作為量子應(yīng)用基準(zhǔn)測試工作的一部分。

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)問題。本次挑戰(zhàn)賽吸引了 70 個團隊參加，顯示出人們對這項技術(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)。

開發(fā)者可以使用 cuQuantum 在單個 NVIDIA A100 Tensor Core GPU 上創(chuàng)建數(shù)百個量子位的精確模擬，并在超級計算集群上創(chuàng)建數(shù)千個量子位的精確模擬。

在云端進行量子擴展

Oracle Cloud 服務(wù)將允許開發(fā)者在 GPU 上創(chuàng)建量子電路模擬。它在 Oracle 云市場上提供 DGX cuQuantum Appliance，這是一個容器，包含運行 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 如何在量子機器學(xué)習(xí)工作負(fù)載上實現(xiàn)高達 900 倍的加速。

咨詢公司也在展示借助 NVIDIA 軟件加速量子計算的潛力。

AI 獲得量子加速

德勤將使用 cuQuantum 和 QODA 將自然語言處理在客戶服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用提升到一個新的高度。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)化問題。

全球 IT 咨詢和服務(wù)公司 SoftServe 的研發(fā)團隊正在多個應(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行該軟件，例如預(yù)測股價趨勢和自動化金融投資組合管理。

這項研究加入了現(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 時宣布支持 cuQuantum。