《可扩展量子计算》

  • 来源专题:新一代信息技术
  • 编译者: isticzz2022
  • 发布时间:2024-06-03
  •       虽然许多现有的量子体系结构实现了模块内的纠缠,但Photonic已经能够证明模块之间的纠缠。Photonic的架构为大规模量子应用道路上的主要挑战之一——可扩展的纠缠分布,提供了一个独特的解决方案,并“开箱即用”为材料科学和药物发现等领域的变革性应用开辟了途径。

          Photonic创始人兼首席量子官Stephanie Simmons博士表示:“纠缠分布在开启量子计算商业前景方面的关键作用怎么强调都不为过。在多台量子计算机上运行的大规模量子算法需要大量的分布式纠缠才能正常工作。这些演示突出了我们独特的体系结构方法的前景,以解决扩展到单节点之外的挑战。虽然还有很多工作要做,但重要的是要认识到纠缠分布在塑造量子系统设计中必须发挥的关键作用。”

         “最近的这些发展展示了一种基本能力:远距离纠缠分布。随着这些进步,我们正在朝着网络量子计算的下一阶段迈进。”与光子公司合作的微软高级量子开发副总裁Krysta Svore说。

          Photonic的方法基于具有本地电信网络接口的光连接硅自旋量子位,这意味着它可以与当今全球电信网络的基础设施、平台和规模集成,包括Microsoft Azure云。三次演示,最终以隐形传态CNOT门序列为高潮,建立并消耗了分布式量子纠缠——不相邻甚至不在同一低温恒温器中的量子位之间的纠缠。

          Global Quantum Intelligence 2024年3月的可扩展量子硬件报告证实了“在几乎所有拟议的量子计算架构中,采用模块化方法进行扩展的必要性。这种模块化方法强调分布式而非单片量子计算堆栈,不仅提供了可扩展性,还提供了灵活性、可维护性和冗余性。”

          全球量子智能(GQI)首席分析师David Shaw表示:“光子技术具有高度颠覆性的技术方法。其具有光学光子互连的硅自旋量子位在量子通信和网络中具有协同作用的诱人前景。最近的这些演示是前进道路上的证据。未来达到200kHz、保真度为99.8%的分布式纠缠的路径非常惊人。这将实现广泛的应用。这为量子路线图设定了一个新的标准,其他人将面临效仿的压力。这将加速该行业的发展。”


  • 原文来源:https://www.newelectronics.co.uk/content/news/scalable-quantum-computing
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  • 《Nu Quantum寻求解锁更具可扩展性的分布式量子计算》

    • 来源专题:新一代信息技术
    • 编译者:isticzz2022
    • 发布时间:2024-10-17
    •        Nu Quantum在开发不同量子比特模式,以及提供商的更模块化、分布式量子计算机方面迈出了重要一步。该公司开发了一种原理验证原型,该原型将使量子计算机能够通过量子比特光子接口(QPI)连接到量子网络。该接口被描述为相当于当今的网络接口卡(NIC),它将数据中心中的每台计算机连接在一起,并启用了云和人工智能市场。例如,为了拥有一台可以在原子水平上准确模拟世界的有用量子计算机,量子计算机需要比现在大1000倍,而且不可避免地,它们需要超越单个QPU,转向由数百个QPU组成的分布式量子计算机,并达到数据中心的规模,就像云和人工智能超级计算机一样。       在量子水平上,物质和光之间量子信息的有效传输是扩展量子计算机的最大挑战,也是QPI解决的具体问题。       Nu Quantum的QPI是为原子量子位设计的,它的第一个版本已经集成到Infeqion的捕获原子真空系统中,并在超高真空下成功进行了测试,超高真空是量子位需要工作的恶劣条件。下一步将是演示单个原子之间受控的高效耦合,以激发发射光子,从而解决迄今为止该行业最长期的技术挑战之一。       Nu Quantum技术副总裁Claire Le Gall博士说:“每个人都承认,量子位和光子之间的高效接口“物质和光”对于扩展量子计算至关重要。与Infeqion合作这个项目真的很令人兴奋!我们已经成功地将我们的QPI技术(量子位光子接口)与他们的超高真空冷原子电池结合在一起。我们对QPI通过早期测试取得的进展感到高兴,我们期待进一步提高其性能。我们很高兴进入下一阶段的研发,我们的目标是将量子网络速度提高约100倍。”Infeqtion英国业务发展总监Marco Palumbo博士表示:“合作对于推进量子计算领域至关重要,与Nu quantum等合作伙伴的合作使我们能够探索将量子比特连接到量子网络的新途径。虽然这是一个概念验证,但我们期待着继续进行实验和开发,以追求可扩展的量子技术。”       增强量子比特光子纠缠是迈向模块化和可扩展分布式量子计算机的第一步,但创建高保真度和高速率的量子比特光子缠结是阻碍量子计算机、通信和传感器网络模块化扩展的最大技术挑战。QPI旨在显著提高当前实验室方法的纠缠率,以实现工业规模的部署。       Nu Quantum的解决方案使用光学微腔来增强光和物质之间的耦合。使用该公司专有工艺制造的纳米结构镜子以微米级精度组装在一起,它们之间的距离主动稳定在<80 pm。开放的微腔允许增强量子比特和网络光子之间的相互作用,同时保持所有材料足够远,以保护精细的量子比特状态免受外部噪声的影响,并保持控制激光器的访问。       根据Nu Quantum的说法,这是第一个具有可调锁的被动对准光学微腔的工业演示,以确保在量子比特共振下运行。已经克服了几个工程挑战,包括低噪声锁定光学器件,并且电子器件已经以坚固、可部署的形式开发;在高温真空烘烤下,腔体对准保持稳定,而QPI结构中使用的材料没有对真空质量产生不利影响。Nu Quantum的目标是最终允许任何中性原子量子比特提供商插入Nu Quantum网络基础设施,实现模块化扩展:从单个量子处理单元(QPU)到数据中心规模的分布式量子计算机。
  • 《英伟达在GTC24上展示量子云,扩展量子产品组合》

    • 来源专题:新一代信息技术
    • 编译者:isticzz2022
    • 发布时间:2024-03-19
    •       英伟达本周在GTC24上发布了一系列关于量子计算的消息,包括新产品、标志性合作以及面向量子开发者的新英伟达量子云。虽然提起量子计算领域,人们可能不会想到英伟达,但这家GPU/加速计算巨头多年来一直是该领域的重要参与者,如今几乎所有在经典硬件上进行量子模拟的经典系统都在使用其GPU。       HPC和量子计算主管蒂姆·科斯塔在GTC24前的一次简报中告诉HPCwire:“英伟达对量子计算的观点代表了下一代发展和加速计算。我们已经这样做了几十年,我们有早期投资建设平台的历史,使研究人员和科学家能够提前进入加速计算的这些新阶段。当然,第一个是CUDA的科学计算,这远远早于GPU在科学计算中的生产和使用。我们构建了这个平台来实现它。从那时起深度学习和生成AI一直是两个主要的转折点。      科斯塔说:“我们认为量子技术目前还处于拐点之前。有用的量子计算技术还不存在。但当它出现时,它看起来就像加速计算的演变。这将导致主要数据中心和科学计算仪器中计算异构性的增加,您将在您一直在使用的GPU和CPU旁边添加QPU(量子处理单元)。”以下是四个亮点: Nvidia Quantum Cloud:基于Nvidia的CUDA-Q平台,Quantum Cloud是一组用于在云中构建和测试新量子算法和应用程序的微服务,包括用于混合量子-经典编程的模拟器和工具。它也是互联网服务提供商发布应用程序的地方,例如在GTC上展示的应用程序。最终它将包括对第三方量子硬件的后端访问。 ABCI-Q和Gefion:ABCI-Q由富士通在日本全球商业研发中心(G-QuAT)国家先进工业科学技术研究所(AIST)建造,将于明年初部署,旨在与未来的量子硬件集成。Gefion是Novo Nordisk基金会超级计算机用于量子和医疗保健研究的DGX SuperPod。 cuQPC:这是一个加速后量子密码学算法的新库。“我们正在做的是加速这些PQC算法所需的所有基本数学原语,以便它们在GPU上的运行速度比在CPU上快340到515倍,”科斯塔说。英伟达正在与SandboxAQ、QuSecure、PQShield和Open Quantum Safe、evolutionQ等公司合作,cuQPC将被集成到libqs(git hub)中,并且是Linux基金会新成立的后量子密码学联盟的一部分。 CUDA-Q学术版:CUDA-Q学术版面向领域专家,是与多家大学的合作项目,Nvidia与教授们共同开发了该版本,教授们教授量子计算课程,使用CUDA Q学习量子计算的模块。“因此,这些课程将由教授们讲授,并由Nvidia作为在线学习资源发布——因此它是交互式的Jupyter笔记本、讲座、解释、练习和评估,当然,它将在云端的GPU上运行,”科斯塔说。       英伟达的观点很有趣,因为它了解该公司广泛的硬件和软件组合。Costa列举了目前量子面临的许多常见需求——可靠的量子位、更多的量子位数(规模)、与HPC的广泛集成、纠错以及发现有用的算法——这些算法在量子硬件上运行时将优于经典系统——作为Nvidia的激励因素。       科斯塔说:“我们所做的是构建一个单一的量子堆栈,但我们以分解的方式发布它,以便有不同需求的人可以在不同的地方拦截该堆栈。我们的产品包括cu-QUANTUM,用于加速各种量子模拟,从算法设计、电路模拟到精确的物理、精确的设备建模和量子比特设计的低级模拟;DGX Quantum(集成的硬件/软件系统),用于将量子和经典整合在一起,具有非常低的延迟;CUDA-Q,这是我们的异构或集成量子经典平台,包括库和适当的模型工具和基础设施,用于纠错等。我们在英伟达所做的一切都是为了使研究人员能够实现目标,这是一个平台,而不是一个解决方案。这意味着我们有很多合作伙伴,我们非常注重建立伙伴关系。我们今天有超过160个合作伙伴,超过90%的大型量子计算初创公司正在与我们合作,超过78%的量子处理器(QPU)可以部署,今天支持CUDA-Q,因此它正在成为量子计算的通用语言。然后17个领先的框架中有15个在NVIDIA GPU上加速。这就是英伟达在量子上的背景。”       NVIDIA Quantum Cloud的发布可能是GTC24宣布的最重要的消息,而为越来越多的开发人员提供访问权限也是一个关键需求。科斯塔说:“如果你按每月主要框架的下载量来计算,目前量子开发人员的保守估计约为50万人。但只有50个公用的QPUs,其正常运行时间为10%到20%。因为这些是物理实验,按现代经典系统的标准来看,它们不是计算机。它们的规模很小。目前零容错量子位可用。但我们需要100到1000个或更多,以便进行有用的应用。我们需要增加量子资源的访问和可用性,以便世界科学家解决这些问题。”       此外,许多最大的云提供商——AWS、微软Azure、谷歌——以及量子硬件制造商——IBM、D-Wave等——都有QC培训、算法开发和提供QPUs访问的门户。从这个意义上说,英伟达正在加入其中,并且已经与许多供应商合作。确保其产品不会与大型云提供商直接竞争,例如,可能是英伟达的挑战。       科斯塔说:“当我们下周发布它时,它将是一组微服务,它允许CUDA cu开发者在本地编译他们的应用程序,并带有一个标志,上面写着请在Nvidia量子云上运行它,然后当他们键入斜线一个点时,该应用程序就会运行;它将调用我们的云API,并在我们提供的GPU超级计算机上的DGX云上运行。稍后,我们还将添加一个开发人员门户,一种新的门户网站,这样你就可以在云中使用编译器服务开发CUDA量子应用程序,既可以在该门户网站内,也可以作为本地调用的东西,称为编译器作为云API。然后,这些应用程序将在我们目前使用微服务的同一资源上运行。这也是互联网服务提供商能够真正发布他们自己的量子应用程序的地方。下周我们将展示QC的演示,QC是来自QC Ware的以量子为灵感的化学软件包,运行在NVDIA量子云上,这些GPU上,我们将会看到这些结果。最终,我们还将为我们的合作伙伴QPUs添加支持,作为Nvidia量子云中的量子后端。”       科斯塔提供了有关ABCI-Q和Gefion项目的更多细节。ABCI-Q系统将拥有2000多个H100 GPU和500个节点,由InfiniBand连接,并由CUDA-Q提供动力。“这是一个非常令人兴奋的系统,将使日本研究界能够解决前面幻灯片中的许多挑战。它将成为量子模拟、量子经典系统集成以及受量子技术启发的新算法开发的平台。”       盖夫翁超级计算机基于DGX SuperPOD架构,将由诺和诺德基金会部署,用于量子、医疗保健和绿色转型研究。科斯塔表示“不久前,他们宣布了NNFQCP(诺和诺德基金会量子计算计划),这是一项为期12年的计划,旨在建造一台能够解决生命科学领域重要问题的量子计算机。这确实是一个完整的量子计算程序,也是一个大型的社区灯塔,在低级量子比特设计一直到生命科学应用的算法设计方面都做了非常有趣的工作。因此,这台超级计算机对于这项工作来说是必不可少的,很高兴看到他们用它做了什么。”