QPU與GPU，經(jīng)典超算和量子計算的協(xié)同

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）不久前在國際超算大會ISC上， NVIDIA宣布將通過開源的 NVIDIA CUDA-Q量子計算平臺，助力全球各地的國家級超算中心加快量子計算的研究發(fā)展。雖然量子計算離真正應(yīng)用起來還有相當遠的距離，但量子計算方面的推進一刻也沒有停下，國內(nèi)外不少企業(yè)和研究機構(gòu)都在推進量子計算方面的研究。

量子計算QPU

ISC上，Nvidia表示正在加速量子計算研究，會將CUDA-Q量子計算平臺連接到德國、日本和波蘭的超級計算機站點，為其高性能計算機系統(tǒng)內(nèi)的量子處理單元（QPU）提供強大的動力。

QPU量子處理單元是量子計算機的核心，它能夠利用電子或光子等粒子的行為來進行特定類型的計算，其速度遠快于當今計算機的任何處理器。QPU的量子計算是基于量子力學原理的計算技術(shù)，利用量子疊加和量子糾纏等量子物理特性執(zhí)行計算，利用這些特性QPU可以快速處理和操作量子態(tài)，完成復雜的計算。

根據(jù)Nvidia的說法，“拿在手上，量子處理單元（QPU）可能看起來和感覺上與圖形或數(shù)據(jù)處理單元（DPU）非常相似。它們都是十分典型的芯片或具有多個芯片的模塊。可一旦運行起來，QPU 就會爆發(fā)出截然不同的力量”。

QPU的性能一般用它所包含的量子位數(shù)量來表示，而量子位是一個抽象概念，所以需要通過各種技術(shù)來模擬出這個量子位節(jié)點。在量子位的制造上，目前有很多技術(shù)手段，如超導量子比特、離子阱量子比特、量子點量子比特等。

比如今年容錯量子計算機硬件開發(fā)商Alice & Bob就成功流片一款16量子比特的QPU——Helium 1，英特爾去年的12量子位量子處理單元QPU“隧道瀑布”也是英特爾迄今為止最先進的硅自旋量子比特芯片。

量子計算目前還處于早期階段，日后哪種技術(shù)手段的量子位會在QPU中被廣泛使用還不得而知。但可以缺的是，理論上QPU所需的功率和所產(chǎn)生的熱量均會少于現(xiàn)在的這些經(jīng)典處理器。

經(jīng)典超算和量子計算的協(xié)同工作

業(yè)界認為，隨著QPU的發(fā)展，未來會出現(xiàn)很多經(jīng)典計算和量子計算的協(xié)同工作的場景，計算任務(wù)需要能夠在QPU、CPU和GPU上均良好運行。

NvidiaCUDA-Q量子計算平臺程序能夠量子計算機的QPU和經(jīng)典系統(tǒng)中模擬QPU的GPU上運行。ISC上連接NvidiaCUDA-Q量子計算平臺的日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的 ABCI-Q 超級計算機、德國于利希超算中心（JSC）、波蘭波茲南超級計算與網(wǎng)絡(luò)中心（PSNC）均是在做經(jīng)典計算和量子計算混合的研究工作。

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所表示ABCI-Q借助量子與經(jīng)典混合加速計算機，將在實用量子計算應(yīng)用方面取得進展；波蘭波茲南超級計算與網(wǎng)絡(luò)中心表示通過構(gòu)建一個全新的量子與經(jīng)典混合系統(tǒng)，能夠在未來多QPU和GPU系統(tǒng)上實現(xiàn)高效管理以及開放簡便的集成和編程；德國于利希超算中心同樣表示混合量子與經(jīng)典加速超級計算讓量子計算更接近成為現(xiàn)實。

混合的量子系統(tǒng)，無疑將使量子計算更接近現(xiàn)實更接近落地應(yīng)用，這種混合系統(tǒng)將在未來解決單靠經(jīng)典計算無法解決的復雜問題。

小結(jié)

作為尚處于早期的科技賽道，新技術(shù)新硬件的每一次突破，都在推動量子計算產(chǎn)業(yè)離現(xiàn)實更近一步，最終每一步突破匯聚成的顛覆性的革新，會在短時間內(nèi)迅速引起行業(yè)變革。這項能夠改變世界的技術(shù)正朝著超越傳統(tǒng)經(jīng)典計算的方向一步步前進。