IDC 對量子計算與 HPC 集成的看法

作者:Heather West,Ashish Nadkami,IDC

將時間壓縮到從海量和復雜數據集中獲得洞察力的永不滿足的需求正在推動將量子計算集成到高性能計算 (HPC) 環境中的需求。這種集成將允許企業通過在當今嘈雜的中等規模量子 (NISQ) 計算機上模擬和仿真它們來加速和優化當前的 HPC 應用程序和流程。

目前,企業依賴于僅使用 GPU 和 FPGA 等經典加速器技術可以實現的優勢。然而,HPC 系統在處理和分析執行多個工作流所需的大量數據的能力方面受到限制,即使經典加速器增加了計算能力。使用量子計算技術,企業不僅能夠加速當前的 HPC 流程,而且還能夠解決最先進的經典計算系統范圍之外的棘手行業問題。

今天,量子計算系統仍處于早期開發階段,距離商業成熟還很遠。量子計算硬件供應商在穩定和擴展解決復雜問題所需的大量量子比特的能力以及由于退相干而允許糾錯的能力方面面臨挑戰。因此,NISQ 機器無法為企業提供實現量子優勢的方法,IDC 將其定義為能夠解決對企業、人類或其他方面具有實際價值的問題。

盡管存在這些挑戰,企業仍在投資量子計劃,以識別用例并開發算法,以便在實現容錯通用機器時做好量子準備。因此,中國、德國和美國等政府實體;IBM、Google、Microsoft 和 Amazon Web Services (AWS) 等 IT 行業領導者;私人投資者正在增加對量子計算的資助,以將這項技術推向新的成熟水平。

IDC 預計,到 2027 年底,對量子計算市場的投資將達到近 164 億美元。IDC 認為,這些投資將引發一波技術創新和突破,使組織能夠將量子計算應用于多樣化且不斷擴大的用例組這涉及對大量不同數據集、指數級大量變量以及無窮無盡的可能結果的分析。

由于量子比特獨特的疊加和糾纏特性,使用量子計算解決大規模用例的能力成為可能。量子計算機和經典計算機基于一系列 0 和 1 存儲和計算數據。在經典計算中,這是使用位來完成的。位只能保存 0 或 1 的值。位不能同時保存 0 和 1 的值。量子位確實具有這種能力。這種性質稱為疊加。通過量子比特糾纏,一對量子比特被連接或鏈接。一個量子位的狀態變化會導致另一個量子位同時發生可預測的變化。疊加和糾纏的量子特性相結合,使量子比特能夠比經典計算機更快、更便宜、更好(更準確或更精確地)處理更多數據。

用例列表正在快速增長。此列表中包括性能密集型計算 (PIC) 特定用例,用于解決新定義的問題、改進在 PIC 環境中生成和迭代的解決方案、模擬量子算法等。在這項創新技術的推動下,許多企業不想推遲他們的量子之旅的開始。目前正在或計劃投資量子計算的 10 家企業中,約有 8 家希望將量子計算技術集成為混合模型,以增強其當前的性能密集型計算 (PIC) 能力。由于這一趨勢,IDC 預計基于量子計算的加速器最初將加速幾個性能密集型計算工作負載。然而,

量子和經典硬件供應商正在努力開發專門用于解決 HPC 問題的量子和受量子啟發的計算系統。例如,使用協同設計方法,量子初創公司 IQM 正在將量子應用和算法直接映射到量子處理器,以開發特定應用的超導計算機。結果是一個量子系統經過優化,可以運行特定的應用程序,例如 HPC 工作負載。通過與量子硬件初創公司 Atos 合作,Pascal 正在努力將其中性原子量子處理器整合到 HPC 環境中。NVIDIA 的 cuQuantum Appliance 和 cuQuantum 軟件開發套件為企業提供了在 HPC 環境中集成和運行量子模擬所需的量子模擬硬件和開發工具。

在更全球化的層面上,歐洲高性能計算聯合企業 (EuroHPC JU) 宣布為高性能計算機和量子模擬器 (HPCQS) 混合項目提供資金。根據 EuroHPC JU,該項目的目標是通過將兩個 100+ qubit 量子模擬器集成到兩臺超級計算機中并開發量子計算平臺,這兩個平臺都可以通過云訪問,從而讓歐洲為后百億級時代做好準備。

由于對混合量子-HPC 系統的需求,其他經典和量子硬件和軟件供應商也宣布他們也在努力開發混合量子-HPC 解決方案。例如,計算基礎設施供應商 HPE 正在通過專注于量子加速器的共同開發,將其研發重點擴展到量子計算。由于量子軟件供應商 Zapata 預見到量子計算、HPC 和機器學習的融合,該公司正在創建 Orquestra Universal Scheduler 來管理 HPC 集群和當前 HPC 資源上的任務執行。

然而,最近 IDC 調查的結果表明,大約 15% 的企業仍然不愿采用量子計算。為了使量子計算起飛,由量子科學家、物理學家、工程師、開發人員和操作員組成的量子計算勞動力需要發展。然而,這不應阻止企業開始他們的量子計算之旅。相反,猶豫不決的采用者應該利用量子硬件和軟件供應商以及專門研究量子計算技術的 IT 顧問提供的開發和咨詢服務。因為選擇很明確,要么做好量子準備,要么被拋在后面。IDC 預計,到 2027 年,全球客戶用于量子計算的支出將增長到 86 億美元。

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