显卡也能模拟量子计算？英伟达和Xanadu联手搞事情

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英伟达公司与加拿大多伦多的光量子计算公司Xanadu合作，首次实现在超级计算机上模拟量子计算运行。

英伟达表示，研究人员正在使用Xanadu——PennyLane的最新版本，在名为“Perlmutter”的超级计算机上模拟量子计算机。PennyLane是一个名为“混合量子计算”的开源框架，它使用了经典计算资源和量子处理器。研究人员将PennyLane与英伟达的cuQuantum软件开发套件结合起来，使其能够模拟由高性能图形处理单元集群驱动的量子计算机。

这是一项关键技术要求，美国能源部布鲁克海文国家实验室的Shinjae Yoo等研究人员表示，模拟大约30个量子比特需要多达256个GPU，真正的量子计算机需要使用独特的“计算器”，大约是研究人员目前可用的量子比特数量的两倍。

英伟达表示，PennyLane的多节点版本正在与cuQuantum SDK一起使用，以简化加速量子计算机大规模模拟的复杂工作。Shinjae Yoo的团队正在规划至少六个使用PennyLane的项目，他说：“这为我们的实习生打开了一扇大门，大家可以借此运行一些大型模拟项目。”

Yoo的研究旨在推进高能物理和机器学习应用，而其他研究人员正在使用模拟量子计算机来扩展他们对化学和材料科学的认识。

量子计算机是一种基于量子力学原理设计的计算机，尽管它们仍是一项尚未完全开发的新兴技术，但对于解决某些问题，功能比经典计算机更加强大。模拟使研究人员能够在开发过程中探索量子计算机的潜能。

除了帮助研究人员之外，Xanadu还与航空航天巨头罗尔斯·罗伊斯公司合作开发量子算法，用于设计更可持续工作的喷气发动机。它还与大众集团合作，为电动汽车设计更高效、更强大的电池。

除了Yoo的项目外，国家能源研究科学计算中心的Perlmutter超级计算机还与PennyLane一起模拟量子计算机，至少还包含四个项目。NERSC量子计算项目的负责人Katherine Klymko表示，研究人员正在使用量子模拟来研究巨量复杂的分子复合物。Klymko说：“像PennyLane这样的工具是扩展当前经典功能的关键，为最终在大型计算机上运行算法做好准备。”

Xanadu的高级量子软件开发人员Lee O'Riordan表示，PennyLane和cuQuantum的结合使可模拟的量子比特数量大幅增加成为可能，超出了之前所实现的任何水平。他说：“2022年，当我们开始在单个GPU上使用cuQuantum时，我们几乎全面实现了10倍的加速。希望在今年年底之前扩展到1,000个节点，即4,000个GPU，这意味着模拟的量子比特数量超过了40 个。”

O'Riordan相信，借助英伟达的cuQuantum和GPU，最终可以模拟60多个量子比特，分为30个量子比特的子电路，甚至更多。这项研究很有希望，几乎呈线性扩展的趋势发展。

编译：卉可

编辑：慕一

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