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首次曝光!谷歌量子計算機晶元長這樣

谷歌關於量子計算機的論文已經發表,我們現在通過橡樹嶺實驗室的文章介紹,來了解更多背後的故事。橡樹嶺國際實驗室屬於美國能源部,目前全球最快的超算Summit正是坐落於此,而2021年左右,它將建成新的超算,將是全球第一台EB級超算。

谷歌總裁Pichai與量子計算機

由Google.,NASA Ames研究中心和美國能源部的橡樹嶺國家實驗室組成的聯合研究小組已經證明,量子計算機在某些任務上可以勝過傳統計算機,這一壯舉被稱為量子霸權。

量子計算機使用量子力學定律和稱為量子位的單位大大提高了可以傳輸和處理信息的閾值。傳統的「位」的值為0或1,而qubit則同時使用0和1的值或其任意組合進行編碼,從而為存儲數據提供了多種可能性。

量子系統雖然仍處於早期階段,但其潛力可能會比當今領先的經典計算系統強大得多,並有望徹底改變材料,化學,高能物理以及整個科學領域的研究。研究小組的結果在《自然》雜誌上發表,提供了量子霸權的概念證明,並建立了解決時間和能量消耗的基線比較。

美國能源部科學局副局長保羅·達巴(Paul Dabbar)表示:「量子霸權的成就證明了美國創新的力量,美國能源部的實驗室正在幫助並引領這一突破性的研究領域。」「對量子技術的掌握正在創造一個新的信息時代,它提供了處理信息的新方法,從而使科學和社會受益。」

由Google製造並被稱為Sycamore的量子計算機由53個量子位組成。經典計算機是ORNL的Summit,位於橡樹嶺領導力計算設施(OLCF)中,由於擁有4600多個計算節點,因此被譽為全球功能最強大的計算機。

橡樹嶺實驗室的程序員Dmitri Liakh編寫了運行在Summit超算上的程序,用來比較超算與量子計算性能的差別

兩種系統均執行稱為隨機環路採樣(RCS)的任務,該任務專門用於測量Sycamore等量子設備的性能。在量子計算機上,模擬耗時200秒。在Summit上運行相同的模擬後,研究小組推斷,該計算將花費超過10,000年的時間來使用當今最先進的算法來完成世界上最強大的系統,從而為設計提供了量子至上性和關鍵信息的實驗證據未來的量子計算機。不僅Sycamore的速度比傳統的Sycamore快,而且能源效率也高出約1000萬倍。

谷歌的量子計算機處理器晶元Sycamore

研究人員還估計了單個組件的性能,以準確地預測整個Sycamore裝置的性能,證明了量子信息在按比例放大時表現出一致的行為-這是設計大型量子計算機的必要屬性。

這項實驗證明,今天的量子計算機可以在基準測試方面勝過最好的傳統計算。」 ORNL研究人員和實驗室量子計算研究所所長Travis Humble說道。「我們還嘗試了其他方法,但是我們的團隊是第一個在真實系統上證明這一結果的人。」

真正的系統至關重要。谷歌的研究人員和位於矽谷的美國宇航局艾姆斯研究中心試圖利用美國宇航局的資源來解決這一問題,很快意識到他們需要一台功能更強大的計算機。沒有比ORNL的Summit更強大的功能了。

將量子計算移植到經典的Summit中並不是一件容易的事。 RCS模擬器稱為qFlex,最初包括僅CPU計算的版本。然而,Summit從NVIDIA圖形處理單元(GPU)中獲得了世界一流的速度,該GPU解決了計算密集型數學問題,而CPU有效地輔助了任務。

由OLCF的Dmitry Liakh開發的庫,用於在多核CPU和GPU上執行張量代數運算,從而使團隊能夠利用Summit的全部功能,再加上IBM系統每個節點512 GB的內存,提高了模擬速度,與純CPU的版本想,速度增加了兩倍。

「可以在ORNL的Summit上運行的模擬實驗證明了下一代等量子體系結構的有效性,這表明該實驗室長期以來一直在加速計算創新,並證明了經典超級計算機在實現量子計算潛力方面的必要性,」 ORNL聯合實驗室計算與計算科學總監Jeff Nichols說。

ORNL的Titan是首個利用GPU的功能的領導力計算系統,使其能夠在2012年首次亮相,並一直保持到2018年全球功能最強大的十大系統之一。Titan的成功促成了Summit的發展,擴展將推動Frontier的設計,該產品將於2021年交付時成為美國首批百億億級計算機之一。

責任編輯: 時方   來源:ZOL中關村在線 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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