Nvidia SDK在GPU系統模擬量子計算電路

Nvidia公司在量子計算領(lǐng)域大放異彩，但是不要指望該公司會(huì )迅速建立自己的量子系統。

Nvidia與Caltech合作建立了開(kāi)發(fā)平臺，用于在GPU加速系統上模擬量子電路。這兩家公司采用最新開(kāi)發(fā)的SDK（被稱(chēng)為cuQuantum）來(lái)模擬在其N(xiāo)vidia A100 Tensor Core GPU上運行的量子電路。

該公司在最近的GTC 2021大會(huì )上表示，該測試在Nvidia的Selene超級計算機上用9分鐘多的時(shí)間對Google Sycamore電路進(jìn)行全電路仿真生成樣本，這通常需要幾天的時(shí)間和數百萬(wàn)個(gè)CPU內核。

但是，Nvidia公司首席執行官ensen Huang估計，為了讓量子計算機解決有意義的現實(shí)問(wèn)題，這將需要包含數百萬(wàn)個(gè)物理量子位的系統，從而使此類(lèi)系統能夠提供足夠的糾錯能力。

Huang說(shuō)：“目前研究社區正在快速進(jìn)步，每年的物理量子位增加一倍。但即使取得這些進(jìn)展，我們也可能要到2035年至2040年才能真正解決現實(shí)問(wèn)題。不過(guò)，與此同時(shí)，我們可以通過(guò)創(chuàng )建最快的[經(jīng)典]系統來(lái)最好地幫助量子研究人員創(chuàng )建未來(lái)計算機。”

Huang認為，量子系統的應用程序開(kāi)發(fā)近來(lái)一直停滯不前，其主要原因之一是經(jīng)典系統無(wú)法提供足夠的動(dòng)力來(lái)模擬量子電路。他認為cuQuantum SDK和Nvidia A100 Tensor Core GPU可以解決這一問(wèn)題。

有位分析師不認同此說(shuō)法，但Nvidia最新GPU和Selene超級計算機讓他備受鼓舞。

Moor Insights＆Strategy公司高級量子和AI分析師Paul Smith-Goodson說(shuō)：“我不知道缺乏硬件功能是否會(huì )拖慢一切?，F在，IBM和AWS提供足夠的量子模擬器來(lái)幫助解決問(wèn)題，同時(shí)，通過(guò)新的A100、DGX系統和SDK，Nvidia正在朝著(zhù)正確的方向邁進(jìn)。”

另一位分析師表示，新產(chǎn)品看起來(lái)很有希望，但由于沒(méi)有更多的技術(shù)細節和Nvidia尚未提供可靠使用案例，他保留對其市場(chǎng)競爭機會(huì )的判斷。

Hyperion Research公司研究高級副總裁兼量子計算首席分析師Bob Sorensen說(shuō)：“現在有很多公司正在構建數字仿真器。但是，如果他們能夠在GPU上進(jìn)行正確的調整，那么看起來(lái)它們可能是非常有效的產(chǎn)品。我可以立即想象很多適用于它們的應用程序，尤其是AI和機器學(xué)習。”

Huang強烈表示，Nvidia無(wú)意生產(chǎn)完整的量子系統，但他認為，最終，GPU加速平臺最適合進(jìn)行量子電路和算法開(kāi)發(fā)測試。他說(shuō)，在全球范圍內，在供應商、學(xué)術(shù)界和國家實(shí)驗室方面約有50個(gè)團隊正在構建或研究量子電路算法和應用程序，Nvidia正在與其中的很多團隊合作。

Huang說(shuō)：“我們將與任何從事量子電路仿真的人員合作。在構建解決方案時(shí)，你需要模擬器來(lái)測試和驗證硬件。測試是模擬量子環(huán)境的關(guān)鍵部分。”

Nvidia正在與供應商和大型組織合作，他們正在構建利用量子系統的仿真器和算法，盡管該公司發(fā)言人拒絕透露具體名單。

cuQuantum SDK包含可加速量子計算工作流程的庫和工具。Nvidia表示，開(kāi)發(fā)人員可以使用開(kāi)發(fā)套件將基于狀態(tài)向量、密度矩陣和張量網(wǎng)絡(luò )方法的量子電路仿真速度提高幾個(gè)數量級。

Nvidia在新的SDK中采用不可知論的方法，允許用戶(hù)選擇最適合其用例的工具集。作為示例，狀態(tài)向量方法（這是一組數據–精確描述對象在空間中的位置以及如何移動(dòng)）提供高保真度的結果，盡管其存儲要求也隨著(zhù)數量的增長(cháng)而大大增加，取決于用戶(hù)擁有的量子位數量。