欧洲最快的超级计算机现已连接到量子计算机

一台小型量子计算机已连接到欧洲最快的超级计算机。这种联系可以帮助研究人员研究如何最好地将量子计算机与强大的超级计算机配对，以更快地解决复杂问题

一台量子计算机已经连接到欧洲最快的超级计算机。这可能是迈向一种新型计算的一步，这种计算结合了传统计算机和量子计算机，可以快速解决复杂问题。

量子计算机的承诺是，它们最终将完成最强大的传统计算机无法完成的计算。尽管许多研究人员正在努力完善量子计算机，但许多人也认为，现有的、不完美的量子计算机如果连接到传统的超级计算机，可能会更有用。

芬兰研究和技术组织 VTT 上个月宣布了一个里程碑，它与CSC – IT 科学中心和阿尔托大学合作，将量子计算机 HELMI 与泛欧超级计算机 LUM 连接起来。

HELMI 是芬兰第一台量子计算机，一个 5 量子比特的系统，于 2021 年投入运行。它所连接的系统不是普通的超级计算机——LUMI，欧洲最快的超级计算机，能够进行 309 petaflops。与 HELMI 一样，LUMI 于 2021 年投入运营。

由CSC-IT科学中心主办，LUMI在最新的世界最快超级计算机500强榜单中名列第三。它不仅速度快，而且还环保（相对于其他超级计算机），在全球最节能超级计算机Green 500 榜单中排名第七。

制作这样一个混合系统的一个实际原因是量子计算机很难作为独立系统使用。程序员必须考虑任何给定系统的独特架构以及针对系统上的每个量子位观察到的错误的性质。每个量子比特都以其独特的方式存在缺陷。

最重要的是，围绕量子计算的生态系统还不够成熟，无法提供一套好的工具来对量子计算机进行编程、执行程序和读取输出。但还有其他原因。

VTT 量子算法团队负责人 Ville Kotovirta说：“我们的目标是通过量子计算增强超级计算，经典计算最具挑战性的问题——例如，电子结构问题——有望在未来用量子计算机更有效地解决。另一方面，超级计算机可以帮助优化量子算法，并且它们可以后处理测量数据以减少计算中的错误。随着量子计算机变得越来越大，这些优化问题变得更具挑战性，并且可以从超级计算中受益。”

Kotovirta 补充说：“研究人员可以开始开发和研究利用量子计算和经典计算的新混合算法。这不是微不足道的，需要透彻理解问题和制定新算法，以将计算任务最佳地划分为量子和经典部分。”

最近将 HELMI 连接到 LUMI 的举措是为了在短期内支持研究人员。但即使在量子计算机成为工业之后，将它们连接到传统计算机仍然有意义。未来的一个场景是为企业提供超级计算服务，超级计算机解决大部分问题，然后将具有量子优势的任务子集分配给连接的量子计算机。

专家们一致认为，有一天，量子计算机将解决超级计算机需要数千年才能解决的一小部分有用问题，而且它们将在几分钟或几小时内解决这些问题。这些问题包括为制药、化学和电池行业开发新产品和新材料。

基于现有分子数据生成新分子结构的机器学习应用程序可以更快、更准确，从而显着加快新材料设计的过程。量子算法也非常擅长解决优化问题——例如，为供应链寻找最佳设计，寻找最佳旅行路线，或为金融投资组合找出最佳资产配置。

CSC 的量子战略家 Mikael Johansson认为，连接计算机的另一个优势是它将专家聚集在一起——不同专家坐下来讨论的好地方是托管高性能计算 (HPC) 的中心。

实现量子优势是一个真正的多学科问题，无论您是将优势衡量为解决方案的时间还是能源消耗，解决这个问题需要多个学科之间的交流。否则，在建立超级计算机和量子计算机基础设施时，关键的观点和潜在的陷阱将被忽视。

需要 HPC 和计算机科学奇才、量子计算机硬件和软件专业人员、AI [人工智能] 专家和特定建模问题领域专家的共同努力。只有这样，不守规矩、嘈杂、不完美的量子计算机才能被驯服并投入生产工作。

芬兰 VTT 技术研究中心与 CSC 和阿尔托大学合作，在芬兰量子计算基础设施的框架内建立计算机之间的连接。 

连接在端点之间使用安全的 HTTPS 协议，用户在LUMI端开发混合算法，将作业提交给LUMI排队系统执行。量子作业通过 HTTPS 安全地转发给 HELMI，HELMI 后端控制硬件电子设备来进行实际的量子计算。结果返回给调用程序的 LUMI 端。然后程序可能会将结果与它可能执行的任何经典计算结合起来。然后它可能会开始下一次迭代，或者它可能会向用户显示结果。

通过整合超级计算、世界领先的人工智能能力和量子加速，为即将到来的计算领域的量子革命汇集了所有必要的组件。现在我们需要让他们无缝且高效地协同工作。这不是一项微不足道的任务，需要立即开始工作，以便在真正强大的量子计算机上市时让机器就位。

HELMI 和 LUMI 之间的联系是芬兰通往工业级量子计算道路上的一个重要里程碑。另外两个重要的里程碑正在进行中——VTT 目前正在开发 20 量子比特的量子计算机，并已计划在 2024 年升级到 50 量子比特。

芬兰现在是世界上为数不多的连接量子计算机和超级计算机的国家之一，也是欧洲第一个。来自芬兰大学和研究机构的用户现在将被授予访问新基础设施的权限，以试验量子计算。