NVIDIA助力解決量子計算領域重大挑戰(zhàn)

NVIDIA 加速量子研究中心提供了強大的工具，助力解決量子計算領域的重大挑戰(zhàn)。

隨著量子計算機的持續(xù)發(fā)展，它們將與 AI 超級計算機集成，形成加速量子超級計算機，從而解決一些全球最具挑戰(zhàn)性的難題。

將量子處理單元（QPU）集成到 AI 超級計算機中是開發(fā)新應用的關鍵，有助于實現(xiàn)運行未來量子硬件的關鍵突破，以及促進對于量子糾錯和器件控制方面的進展至關重要。

在上周舉行的 NVIDIA GTC 全球 AI 大會上，NVIDIA 加速量子研究中心（NVAQC）正式成立，旨在推動這些領域取得重大進展。該中心配備了一個 NVIDIA GB200 NVL72 系統(tǒng)和 NVIDIA Quantum-2 InfiniBand 平臺，擁有一臺搭載 576 個 NVIDIA Blackwell GPU 的超級計算機，專門用于量子計算研究。

NVIDIA 計算機輔助工程、量子與 CUDA-X 高級總監(jiān) Tim Costa 表示：“NVIDIA 加速量子研究中心匯聚了急需的和長久以來備受期待的工具，以將量子計算擴展到新一代器件。該中心將聚焦量子算法和硬件的大規(guī)模模擬、量子處理器的緊密集成，以及量子 AI 模型的訓練和部署?！?/p>

NVIDIA 加速量子研究中心將配備一個 GB200 NVL72 系統(tǒng)。

Quantinuum、QuEra 和 Quantum Machines 等量子計算創(chuàng)新企業(yè)，以及來自哈佛量子計劃和麻省理工學院工程量子系統(tǒng)組的學術合作伙伴，將與 NVIDIA 在該中心合作開展相關項目，探索 AI 超級計算如何加速量子計算的發(fā)展進程。

EQuS 小組負責人兼 MIT 量子工程中心主任、電氣工程和計算機科學以及物理學教授 William Oliver 表示：“NVIDIA 加速量子研究中心是一個強大的工具，將在推動整個量子生態(tài)系統(tǒng)的下一代研究工作中發(fā)揮重要作用。NVIDIA 是實現(xiàn)實用量子計算的關鍵合作伙伴?！?/p>

在幾個重大量子計算挑戰(zhàn)方面，NVIDIA 加速量子研究中心已經(jīng)產(chǎn)生了重大影響。

利用 AI 超級計算保護量子比特

量子比特的相互作用是一把雙刃劍。雖然量子比特必須與周圍環(huán)境相互作用才能被控制和測量，但這些相互作用同時也是噪聲的來源，這些不必要的干擾會影響量子計算的準確性。只有在有效控制噪聲的情況下，量子算法才能正常運行。

量子糾錯提供了一種解決方案，即在多個有噪聲的物理量子比特中編碼無噪聲的邏輯量子比特。通過處理這些有噪聲量子比特的重復測量結果，就可以識別、跟蹤和糾正量子比特錯誤，同時不會破壞計算所需的脆弱量子信息。

確定錯誤發(fā)生位置以及采用何種糾正措施的過程被稱為解碼。解碼是一項極具挑戰(zhàn)性的任務，必須由傳統(tǒng)計算機在極短的時間內完成，以防止噪聲失控。

NVIDIA 加速量子研究中心的一個關鍵目標將是探索 AI 超級計算如何加速解碼過程。通過研究如何在該中心內配置量子硬件，將有助于開發(fā)在 NVIDIA GB200 Grace Blackwell 超級芯片上運行的低延遲、并行化和 AI 增強的解碼器。

NVIDIA 加速量子研究中心還將應對量子糾錯領域的其他挑戰(zhàn)。QuEra 將與 NVIDIA 合作，加速尋找全新的、改進的量子糾錯碼，并通過對復雜量子電路進行嚴格模擬來評估候選糾錯碼的性能。

Joshua and Beth Friedman 大學教授兼哈佛大學 HQI 聯(lián)合主任 Mikhail Lukin 表示：“NVIDIA 加速量子研究中心將成為發(fā)現(xiàn)、測試和改進新型量子糾錯碼和解碼器的重要工具，讓整個行業(yè)實現(xiàn)實用量子計算邁向新階段?！?/p>

為加速量子超級計算機開發(fā)應用

大多數(shù)實用的量子算法都同等依賴經(jīng)典計算和量子計算資源，從而需要一臺能將兩種硬件統(tǒng)一起來的加速量子超級計算機。

例如，啟動量子計算通常需要經(jīng)典超級計算機的輸出結果。NVIDIA 加速量子研究中心提供了開發(fā)和改進此類混合算法所需的異構計算基礎設施。

加速量子超級計算機將連接量子處理器和經(jīng)典處理器以運行混合算法。

NVIDIA 加速量子研究中心還將探索基于 AI 的新型編譯技術，這些技術有望加速所有量子算法的運行時，其中包括與 Quantinuum 的合作項目。Quantinuum 將在之前與 NVIDIA 的集成工作的基礎上，通過 NVIDIA CUDA-Q 平臺提供其硬件和模擬器。目前，CUDA-Q 用戶可以獲得訪問 Quantinuum 的 System H1 QPU 硬件和模擬器的權限，為期 90 天。

Quantinuum 總裁兼首席執(zhí)行官 Rajeeb Hazra 表示：“我們很高興能在這個中心與 NVIDIA 合作。通過將 Quantinuum 強大的量子系統(tǒng)與 NVIDIA 的頂尖加速計算技術相結合，我們正在突破量子-經(jīng)典混合計算的界限，開啟令人興奮的新可能?！?/p>

量子處理單元集成

將量子硬件與 AI 超級計算集成，這是實現(xiàn)實用量子硬件的主要障礙之一。

這種集成的要求極為苛刻。只有在量子硬件和經(jīng)典硬件之間以超低延遲傳輸數(shù)百萬個量子比特的數(shù)據(jù)時，量子糾錯所需的解碼才能發(fā)揮作用。

Quantum Machines 和 NVIDIA 將在該中心開展合作，共同開發(fā)并優(yōu)化新的控制器技術，以支持量子處理器與 GB200 超級芯片之間的快速、高帶寬接口。

Quantum Machines 首席執(zhí)行官 Itamar Sivan 表示：“我們很高興看到 NVIDIA 不斷增加投入，以加速實現(xiàn)實用量子計算機，為研究人員提供最先進的基礎設施來推動量子-經(jīng)典計算的發(fā)展?！?/p>

NVIDIA DGX Quantum 系統(tǒng)包含一個 NVIDIA GH200 超級芯片和 Quantum Machines 的 OPX1000 控制系統(tǒng)。

集成量子硬件和經(jīng)典硬件的關鍵是打造一個平臺，讓研究人員和開發(fā)者在單個應用中快速地在這兩種截然不同的計算范式之間切換。NVIDIA CUDA-Q 平臺將作為入口，讓研究人員能充分利用 NVIDIA 加速量子研究中心的量子-經(jīng)典計算集成。

基于 NVIDIA DGX Quantum（一種用于集成量子和經(jīng)典硬件的參考架構）和 CUDA-Q 等工具，NVIDIA 加速量子研究中心有望成為量子計算下一代發(fā)展的樞紐，推動量子比特逐步發(fā)展為具有影響力的量子計算機。