By Kenna Hughes-Castleberry offentliggjort 28. oktober 2022
"Vi ser, at antallet af kvanteenheder i skyen konstant stiger," forklarede Dr. Gokul Subramanian Ravi, en postdoc-forsker ved University of Chicago. Ravi har studeret sky-baseret kvantecomputere og endda publiceret et papir på tjenesten. "Opnåelse af praktiske kvantefordele i den nærmeste fremtid vil kræve harmonisk koordinering, der begynder fra dem, der arbejder i applikationsstakken, til dem, der bygger de faktiske vaner. Quantum in the cloud er blandt de mest kritiske trin for at opnå denne harmoni." Da skyen tilbyder en måde for brugere at teste, køre og program kvantecomputere eksternt, er det en attraktiv mulighed for mange kvantecomputere at undersøge. "I en overskuelig fremtid vil kvanteberegning ikke være en computerressource, der ikke kan leveres på stedet," forklarede Tushar Mittal, Senior Quantum Product Manager, kl IBM Cloud. "Den har administrationskompleksiteter, der ikke eksisterer for klassisk computerimplementering, såsom aktive kalibreringer i kryogene miljøer. Selv on-prem-lignende udrulninger er ikke selvstændige bokse - de er stadig lokaliserede administrerede til computertjenester. Givet dette giver skyen os mulighed for at levere mere intuitive og fleksible adgangsmodeller, der skalerbart kan levere computeradgang til brugerne." Men på grund af den stigende efterspørgsel efter cloud-tjenester er der længere ventetider og forsinkelser i at færdiggøre job. Dette betyder, at kvanteberegning og skyen kan have nogle forbedringer at gøre, før de bliver mere udbredt.
Skyen, et system af fjernnetværksservere, der kører på internettet, tilbyder mange tjenester til brugerne. Fra storage til samarbejdsprojekter bruges skyen af mange virksomheder globalt på grund af dens fleksibilitet og alsidighed. Selve grænsefladen kan være ret kompliceret. "Hovedvigtigheden er, at brugeren forstår, at interface med en kvantecomputer kræver et andet programmeringssprog sammenlignet med klassiske cloud-computere," forklarede QuTech Teknisk leder af Quantum Computing Division, Richard Versluis. "Dette sprog, i de fleste tilfælde et kvantemontagesprog (eller QASM), er skrevet direkte af brugeren, kompileret fra et sprog på højere niveau, eller en speciel webeditor, egnet til kvantecomputere, bruges til redigering." Det har først været for nylig, at kvantecomputere er begyndt at udnytte skyen, da virksomhedsplatforme som Microsofts Azure Quantum, Zapatas Orquestraog AWS' bremse give mere tilgængelighed til kvanteberegning. "Kvantemaskiner er knappe og dyre ressourcer," sagde Ravi. ”I den umiddelbare og mellemliggende fremtid er forventningen, at de fleste brugere af kvantemaskiner, fra både den akademiske verden og industrien, vil få adgang til kvantemaskiner gennem cloud-tilbud. Ikke alene vokser maskinerne på skyen konstant i antal, men de bliver også konstant opdateret med hensyn til deres softwaresupport og hardwarefunktioner, så brugerne kan udføre banebrydende eksperimenter på de bedste systemer, som forskellige leverandører har at tilbyde, hvilket er et must for hurtige fremskridt af kvantegrænser." Skyens evne til at gøre kvantecomputere mere tilgængelig kan have indflydelse på at hjælpe med at træne den fremtidige kvantearbejdsstyrke, da flere individer har adgang til dette: teknologi. Kurser som IBM's Qiskit tilbyde muligheder for enkeltpersoner at interagere med kvantecomputere og skyen med rigtige resultater. Versluis tilføjede, at: "Dette giver adgang til studerende, men også for (virksomheds)forskere. Det giver også en mekanisme til at forbinde kvantecomputere til andre computere i verden, såsom supercomputere."
Cloud-baseret kvantecomputer giver mere fleksibilitet med hybridmodeller og giver brugerne mulighed for at prøve forskellige typer kvantecomputere. Ifølge Mittal: "Uden for fleksible adgangsmodeller åbner skyen også en måde at levere tjenester på, der giver brugerne mulighed for at bruge kvantecomputertjenester sammen med elastisk, klassisk databehandling for at omstrukturere arbejdsgange for bedre ydeevne. IBM er i øjeblikket ved at udvikle værktøjer, der giver brugerne mulighed for at eksperimentere med orkestreringen af disse ressourcer og de metoder, der kræver sådanne arkitekturer."
For dem, der ønsker at udnytte teknologien til deres egne virksomheder, kan skyen også være en måde at gøre kvantecomputere mere overkommelige. Som Ravi forklarede: ”Bedre tilgængelighed giver stadig kun let adgang til de institutioner, der har råd til det. Mens de fleste leverandører tillader en vis mængde gratis offentlig adgang samt kreditter for begrænset forskning, er dette ofte utilstrækkeligt til fuldgyldig F&U for dem uden privilegeret enhedsadgang. For at et spirende område som kvantecomputere skal lykkes, har vi brug for omfattende forskning og udvikling over hele kloden, og leverandører skal huske på dette, især da efterspørgslen fortsætter med at stige hver dag." Med flere virksomheder som f.eks D-Wave systemer, der tilbyder kvantecomputere og skyen, stiger antallet af skybaserede kvantecomputere, hvilket giver flere muligheder for interesserede parter at vælge imellem og gør mulighederne mere omkostningseffektive.
Alligevel kan den stigende efterspørgsel efter sky-baseret kvantecomputere også være dens undergang. Lange ventetider på job, der skal køres, skaber en flaskehals for visse platforme. "Selv for brugere med et vist niveau af privilegeret adgang, kan ventetider for maskinadgang ofte være mange timer og nogle gange endda dage!" udbrød Ravi. "Dette gælder især for nyere tilbud, såsom fangede-ion-maskiner, som er af høj kvalitet, men mere begrænset i antal." Lange ventetider forårsager ikke kun flaskehalse, men kan være særligt skadelige for mere komplekse algoritmer, som f.eks variationsmæssig kvantealgoritmer, som, som Ravi tilføjede: "anses for lovende til at fremvise kvantefordele på kort sigt. At køre hundreder eller tusinder af sådanne sekventielle job kan tage uger." Denne tidsforskydning er kritisk for mange i både industri og forskning, da deres job måske ikke engang er relevante, når de behandles i skyen, hvilket skaber flere vanskeligheder.
Der er mange metoder, der kan forbedre disse betydelige forsinkelser. Den ene er at tilføje flere kvantecomputere til cloud-platformen. Ligesom at åbne et andet register i en check-out linje, kan dette sprede flere job og skabe kortere ventetider. Mittal mener, at brugerne skal ændre deres forventninger til softwaren. Som Mittal forklarede: "Håndtering af forventningerne om, at adgang til modeller og tjenester, som brugere bruger til at forbruge kvanteberegning, vil naturligvis udvikle sig, efterhånden som teknologien og mulighederne modnes. Men Ravi mener, at en løsning skal komme fra selve platformen. "Virksomheder er begyndt at tilbyde velintegreret klassisk-kvante-hybrid-understøttelse i skyen, så disse flere eksekveringer kan udføres som et enkelt-bruger-job," sagde Ravi. “Et eksempel er IBM's Qiskit Runtime, som konstant øger sin fleksibilitet og støtte til at understøtte en række eksperimenter svarende til iterative applikationer, men der er stadig lang vej igen."
Kenna Hughes-Castleberry er medarbejderskribent hos Inside Quantum Technology og Science Communicator på JILA (et partnerskab mellem University of Colorado Boulder og NIST). Hendes skrivebeats inkluderer deep tech, metaverset og kvanteteknologi.
