富士通开发全球最快的36比特量子模拟器，性能是其他量子2倍以上

前程无忧

3 月 30 日，富士通公司宣布已成功开发出目前全球最快的量子模拟器，可处理 36 个量子比特（Qubit）。有了性能更高的量子模拟器，可将量子计算机应用的开发周期大幅缩短。而且，富士通也同时宣布，计划在今年 9 月前，开发可以处理 40 个量子比特的量子模拟器。





图｜富士通公司（来源：富士通）



在新闻发布会当天，富士通研究开发中心董事长原裕贵表示，尽管目前世界上也有其他机构正在开发可处理 100 个量子比特的量子计算机实机，但随之而来的量子噪声问题尚未找到解决方案。


因此，要想将其用于量子算法等理论方面的研究还有很大的难度，尤其是如果考虑到要想达到完全不受量子噪声影响，量子计算机需要达到上百万个量子比特的水平，而这在现阶段是很难实现的目标。







图｜富士通宣布开发出世界最快量子模拟器，左侧为富士通 CTO 巍维克·马哈詹（ （来源：ZDNet）




事实上，加州理工学院理论物理学家、同时也是“量子霸权”这一概念的提出者约翰·普莱斯基尔（John Preskill）就曾经将这一阶段和现象总结称为“NICQ 时代”，即含噪声的中型量子（Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ）时代。


根据普莱斯基尔的观点，在量子计算机可以处理的量子比特达到 50-100 之后，就能用它来探索目前的经典计算机实现不了的全新研究，也就是人类将进入 NISQ 时代。但是，在 NISQ 时代，目前仍然没有解决的难点是高量子噪声，这也被美国物理学会认为是“量子计算机规模扩大进程中最主要的障碍”。


而在这样的背景下，量子模拟器通过量子模拟器可以实现在不受量子噪声的影响下开发量子应用程序，可以更好地发挥作用。原裕贵提到，在处理 100 量子比特的量子计算机最终实现可不受量子噪声影响之前，还要同步事先进行不受噪声影响的量子计算的研究。


性能达到同类产品的 2 倍以上







这次富士通新发布的量子模拟器，可以在富士通的 PRIMEHPC FX 700 超级集群系统上通过并行执行的量子模拟器软件 Qulacs 运行。


PRIMEHPC FX700 上所搭载的 CPU，同时也用于日本理化研究所开发的著名超级计算机“富岳（Fugaku）”上的 A64FX。通过使用 A64FX 的“SVE 指令”，量子模拟器可以同时执行多个计算，并可以最大限度地发挥内存带宽的性能。


而“富岳”超级计算机，也曾连续 4 次登上全球超级计算机榜首。排在这个前几位的，还有美国超级计算机“顶点”（Summit）和“山脊”（Sierra），中国超级计算机“神威·太湖之光”和“天河·2A”等。


Qulacs 软件是由日本大阪大学和 QunaSys 公司共同开发的开源量子模拟器软件，通过 Qualacs 可以用并行和分布的方式运行，并可通过重叠计算和通信将网络带宽最大化。







图｜富士通量子模拟器所搭载的 A64FX CPU （来源：Optocrypto）






对于量子模拟器来说，要想增加其可处理量子比特的数量，就必须要对量子模拟器本身的内存容量进行大幅的增加。所以，此次开发也可以说是一次不小的挑战。在此之前性能最高的量子模拟器可以处理的量子比特是 30 个。


原裕贵说，事实上，36 个量子比特级的量子模拟器的开发主要是为了理论研究，因为从成本角度看，其实用性比起 30 量子比特级已经下降了很多。而富士通即将开发的 40 量子比特级的量子模拟器，从成本角度考虑可能更不实用。


据富士通在发布会上公布的竞品分析，此次新发布的量子模拟器的性能达到了目前世界最强的水平。相比英特尔公司的“英特尔量子模拟器（Intel Quantumu Simulator）”每次门操作的时间是富士通量子模拟器的 3.7 倍；相比 IBM 公司的“Qiskit Aer”量子计算机进行“量子容量”（ Quantumu Volume） 基准测试的速度，新发布的量子模拟器的速度要快 2 倍。


今后计划







富士通公司的 CTO 巍维克·马哈詹（Vivek Mahajan） 在新闻发布会上表示，该公司在量子领域的应用涵盖了从设备到软件和应用程序的所有方面。此外，他们还将与外部业务伙伴进行合作，并将更多地利用该公司在印度的研究中心。


原裕贵也表示，他们还计划与富士胶片（Fujifilm）和其他五家公司进行联合研究。


从 4 月 1 日起，富士胶片公司将使用这款新的量子模拟器进行材料的开发。而按照目前已经确定的合作关系来看，这款量子模拟器除了将用于材料开发外，还将用于金融、工程等领域。


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参考：
https://japan.zdnet.com/article/35185610/
https://www.techpowerup.com/293524/fujitsu-achieves-major-technical-milestone-with-worlds-fastest-36-qubit-quantum-simulator