歐洲頂尖研究中心的專家表示，借助 NVIDIA QODA，經典-量子混合系統將實現更高級別的能效。

在量子計算尚未流行的時候，Kristel Michielsen 就已經開始接觸這一領域。

這位計算物理學家于 20 世紀 90 年代初在荷蘭模擬量子計算機，并以此作為她的博士研究課題之一。

如今，Kristel Michielsen 管理著歐洲最大的量子計算設備——尤利希量子計算統一基礎設施（JUNIQ），她的任務是使用 NVIDIA 量子優化設備架構（QODA）等工具幫助開發者開拓量子計算這個新領域。

尤利希超級計算中心位于科隆附近。該中心的量子項目負責人 Michielsen 表示：“目前的經典計算機能耗過大而且無法解決全部問題，因此我們無法只依靠它們來完成工作。但如果將其與能耗不太高的量子計算機組合，那就有可能解決我們現在所面臨的一些最復雜的問題。”

引入量子處理器

由于量子處理器（QPU）利用了量子力學的特性，它們非常適合模擬原子級的流程，推動化學和材料科學的根本進步。從更高效的電池到更有效的藥物，這項技術將在所有領域引發多米諾效應。

QPU 還可以幫助解決物流等領域棘手的優化問題。例如，航空公司每天都需要解決將哪架飛機分配到哪條航線這一難題。

安裝在尤利希的量子計算機顯示了近 500 個航班的最高效路線，這一最近的實驗展現了該技術的巨大潛力。

量子計算還有望將 AI 提升到新的水平。在獨立實驗中，尤利希的研究者使用量子機器學習模擬蛋白質如何與 DNA 鏈結合，并對法國里昂的衛星圖像進行分類。

混合系統集兩者之大成

目前已經出現了幾個量子計算機原型，雖然其中沒有任何強大或可靠到足以處理商業方面的工作，但研究人員已經看到了前進的方向。

Michielsen 表示：“長期以來，我們一直將混合系統視為獲得實用量子計算的唯一途徑。在與目前的經典高性能計算（HPC）系統連接后，量子計算機將同時具備兩者的最大優點。”

這類計算機也正是尤利希和世界各地的研究人員目前正在建造的。

量子在 A100 GPU 上實現 49 倍速度提升

除了目前的模擬量子系統之外，尤利希計劃在明年安裝來自巴黎 Pasqal 公司的中性原子量子計算機。該中心也一直在經典系統（例如配備超過 3700 個 NVIDIA A100 Tensor Core GPU 的 JUWELS Booster）上運行量子模擬。

Michielsen 引用了最新的論文，她表示：“通用量子計算機模擬器的 GPU 版本被稱為 JUQCS，與在 CPU 集群上運行的工作相比，其速度提高了 49 倍。這項工作幾乎使用了該系統的所有 GPU 節點，并高度依賴其 InfiniBand 網絡。”

最近，像 JUWELS Booster 這樣的經典系統都在使用 NVIDIA cuQuantum，它是用于在 GPU 上加速量子工作的軟件開發工具包。Michielsen 在談到 SDK 時表示：“它對跨平臺基準測試很有幫助，而且也可以用于啟動或優化他人的量子模擬代碼。”

JUWELS Booster 的核是 A100 GPU（綠色），它可以利用 NVIDIA cuQuantum SDK 模擬量子工作。

混合系統與混合軟件

尤利希和其他研究中心擁有多種 HPC 和量子系統，而且還有更多的 HPC 和量子系統即將投入使用，因此目前所面臨的挑戰之一是如何將所有這些系統連接到一起。

她表示：“HPC 社區需要詳細研究從氣候科學和醫學到化學和物理學的各種應用，確定哪些部分的代碼可以在量子系統上運行。”

對于進入量子計算時代的開發者來說，這是一項艱巨的任務，但他們也即將獲得幫助。

NVIDIA QODA 就像是一座軟件“橋梁”，通過函數調用，開發者可以選擇在 GPU 或量子處理器上運行量子工作。

QODA 的高級語言將支持所有種類的量子計算機，其編譯器將作為開源軟件提供。它還得到了包括Pasqal、Xanadu、QC Ware 和 Zapata 等量子系統和軟件供應商的支持。

為 HPC 和 AI 開發者帶來量子飛躍

Michielsen 預計 JUNIQ 將為全歐洲使用其量子服務的研究人員提供 QODA。

她表示：“這有助于使量子計算更接近 HPC 和 AI 社區，研究人員進而加快了速度而且不需要進行各種低級編程，大大減輕了工作負擔。”

Michielsen 預計，在未來一年及更長的時間內，許多研究人員將使用 QODA 來嘗試量子-經典混合計算機。

她還表示：“也許未來，QODA 的某個用戶會成為真實世界混合計算的先驅。”

在最新發布 | NVIDIA 發布量子-經典混合計算平臺 —— “NVIDIA QODA”中可以了解更多 QODA 的相關信息。