從海量和復(fù)雜數(shù)據(jù)集中將時(shí)間壓縮以獲得洞察力的需求，正在推動(dòng)將量子計(jì)算集成到高性能計(jì)算 (HPC) 環(huán)境中的需求。這種集成將允許企業(yè)通過(guò)在當(dāng)今嘈雜中型量子(NISQ)計(jì)算機(jī)上模擬和仿真它們來(lái)加速和優(yōu)化當(dāng)前的HPC應(yīng)用程序和流程。

目前，企業(yè)依賴于僅使用GPU和FPGA等經(jīng)典加速器技術(shù)可就能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。然而，即使經(jīng)典加速器增加了計(jì)算能力，HPC系統(tǒng)在處理和分析執(zhí)行多個(gè)工作流所需的大量數(shù)據(jù)的能力方面仍然有限。使用量子計(jì)算技術(shù)，企業(yè)不僅能夠加速當(dāng)前的HPC流程，而且還能夠解決最先進(jìn)的經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)范圍之外的棘手行業(yè)問(wèn)題。

如今，量子計(jì)算系統(tǒng)仍處于早期開(kāi)發(fā)階段，距離商業(yè)成熟還很遠(yuǎn)。量子計(jì)算硬件供應(yīng)商在穩(wěn)定和擴(kuò)展解決復(fù)雜問(wèn)題所需的大量量子比特的能力以及由于退相干而允許糾錯(cuò)的能力方面面臨挑戰(zhàn)。因此，NISQ機(jī)器無(wú)法為企業(yè)提供實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)的方法，IDC將其定義為能夠解決對(duì)企業(yè)、人類或其他方面具有實(shí)際價(jià)值的問(wèn)題。

盡管面臨這些挑戰(zhàn)，企業(yè)仍在投資量子計(jì)劃，以識(shí)別用例并開(kāi)發(fā)算法，以便在實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)通用機(jī)器時(shí)做好量子準(zhǔn)備。因此，中國(guó)、德國(guó)和美國(guó)等政府實(shí)體;IBM、Google、Microsoft和Amazon Web Services (AWS) 等IT行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者;以及私人投資者正在增加大對(duì)量子計(jì)算的投資，以將這項(xiàng)技術(shù)推向新的成熟水平。

IDC預(yù)計(jì)，到2027年底，對(duì)量子計(jì)算市場(chǎng)的投資將達(dá)到近164億美元。IDC認(rèn)為，這些投資將引發(fā)一系列技術(shù)創(chuàng)新和突破，使組織能夠?qū)⒘孔佑?jì)算應(yīng)用于多樣化且不斷擴(kuò)大的用例組，這些用例涉及對(duì)大量不同數(shù)據(jù)集、指數(shù)級(jí)大量變量以及無(wú)窮無(wú)盡的可能結(jié)果的分析。

由于量子比特獨(dú)特的疊加和糾纏特性，使用量子計(jì)算解決大規(guī)模用例成為可能。量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)基于一系列0和1存儲(chǔ)和計(jì)算數(shù)據(jù)。在經(jīng)典計(jì)算中，這是使用位來(lái)完成的。位只能保存0或1的值，而不能同時(shí)是0和1。量子位確實(shí)具有這種能力。這種性質(zhì)被稱為疊加。通過(guò)量子比特糾纏，一對(duì)量子比特被連接或鏈接。一個(gè)量子位的狀態(tài)變化會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)量子位同時(shí)發(fā)生可預(yù)測(cè)的變化。疊加和糾纏的量子特性相結(jié)合，使量子比特能夠比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更快、更便宜、更好(更準(zhǔn)確或更精確地)處理更多數(shù)據(jù)。因此，企業(yè)可以使用量子計(jì)算系統(tǒng)來(lái)探索可以加速當(dāng)前業(yè)務(wù)流程和工作負(fù)載的新的獨(dú)特用例。

用例列表正在快速增長(zhǎng)。此列表中包括性能密集型計(jì)算 (PIC) 特定用例，用于解決新定義的問(wèn)題、改進(jìn)在PIC環(huán)境中生成和迭代的解決方案、模擬量子算法等。在這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的推動(dòng)下，許多企業(yè)不想推遲他們的量子之旅的開(kāi)始。目前正在或計(jì)劃投資量子計(jì)算的10家企業(yè)中，約有8家希望將量子計(jì)算技術(shù)集成為混合模型，以增強(qiáng)其當(dāng)前的性能密集型計(jì)算 (PIC) 能力。由于這一趨勢(shì)，IDC預(yù)計(jì)基于量子計(jì)算的加速器最初將加速幾個(gè)性能密集型計(jì)算工作負(fù)載。然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些工作負(fù)載中的許多最終將跨越計(jì)算范式，成為量子計(jì)算。

量子和經(jīng)典硬件供應(yīng)商正在努力開(kāi)發(fā)專門用于解決HPC問(wèn)題的量子和受量子啟發(fā)的計(jì)算系統(tǒng)。例如，使用協(xié)同設(shè)計(jì)方法，量子初創(chuàng)公司IQM正在將量子應(yīng)用和算法直接映射到量子處理器，以開(kāi)發(fā)特定應(yīng)用的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)。結(jié)果是一個(gè)量子系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可以運(yùn)行特定的應(yīng)用程序，例如HPC工作負(fù)載;通過(guò)與量子硬件初創(chuàng)公司Atos合作，Pascal正在努力將其中性原子量子處理器整合到HPC環(huán)境中;NVIDIA的cuQuantum Appliance和cuQuantum軟件開(kāi)發(fā)套件為企業(yè)提供了在HPC環(huán)境中集成和運(yùn)行量子模擬所需的量子模擬硬件和開(kāi)發(fā)工具。

在更全球化的層面上，歐洲高性能計(jì)算聯(lián)合企業(yè)(EuroHPC JU)宣布為高性能計(jì)算機(jī)和量子模擬器(HPCQS)混合項(xiàng)目提供資金。根據(jù)EuroHPC JU的介紹，該項(xiàng)目的目標(biāo)是通過(guò)將兩個(gè)100+ 量子比特量子模擬器集成到兩臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中并開(kāi)發(fā)量子計(jì)算平臺(tái)，這兩個(gè)平臺(tái)都可以通過(guò)云訪問(wèn)，從而為歐洲后百億級(jí)時(shí)代做好準(zhǔn)備。

由于對(duì)混合量子-HPC系統(tǒng)的需求，其他經(jīng)典和量子硬件和軟件供應(yīng)商也宣布他們?cè)谂﹂_(kāi)發(fā)混合量子-HPC解決方案。例如，計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商HPE正在通過(guò)專注于量子加速器的共同開(kāi)發(fā)，將其研發(fā)重點(diǎn)擴(kuò)展到量子計(jì)算。由于量子軟件供應(yīng)商Zapata預(yù)見(jiàn)到量子計(jì)算、HPC和機(jī)器學(xué)習(xí)的融合，該公司正在創(chuàng)建Orquestra Universal Scheduler來(lái)管理HPC集群和當(dāng)前HPC資源上的任務(wù)執(zhí)行。

然而，最近IDC調(diào)查的結(jié)果表明，大約15%的企業(yè)仍然不愿采用量子計(jì)算。為了使量子計(jì)算騰飛，由量子科學(xué)家、物理學(xué)家、工程師、開(kāi)發(fā)人員和操作員組成的量子計(jì)算勞動(dòng)力需要不斷發(fā)展。然而，這不應(yīng)阻止企業(yè)開(kāi)始他們的量子計(jì)算之旅。相反，猶豫不決的采用者應(yīng)該利用量子硬件和軟件供應(yīng)商以及專門研究量子計(jì)算技術(shù)的IT顧問(wèn)提供的開(kāi)發(fā)和咨詢服務(wù)。因?yàn)檫x擇很明確，要么做好量子準(zhǔn)備，要么被拋在后面。IDC預(yù)計(jì)，到2027年，全球客戶在量子計(jì)算的支出將增長(zhǎng)到86億美元。(余予)

關(guān)鍵詞： 量子計(jì)算市場(chǎng)投資 高性能計(jì)算 量子計(jì)算系統(tǒng) 量子計(jì)算硬件供應(yīng)商