By Kenna Hughes-Castleberry δημοσιεύτηκε στις 28 Οκτωβρίου 2022
«Βλέπουμε τον αριθμό των κβαντικών συσκευών στο σύννεφο να αυξάνεται συνεχώς», εξήγησε ο Δρ. Gokul Subramanian Ravi, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο. Ο Ravi έχει μελετήσει τον κβαντικό υπολογισμό που βασίζεται σε σύννεφο και μάλιστα έχει δημοσιεύσει ένα χαρτί στην υπηρεσία. «Η επίτευξη πρακτικού κβαντικού πλεονεκτήματος στο εγγύς μέλλον θα απαιτήσει αρμονικό συντονισμό, ξεκινώντας από εκείνους που εργάζονται στη στοίβα εφαρμογών έως εκείνους που χτίζουν τις πραγματικές συνήθειες. Το Quantum στο σύννεφο είναι ένα από τα πιο κρίσιμα βήματα για την επίτευξη αυτής της αρμονίας». Καθώς το cloud προσφέρει στους χρήστες έναν τρόπο δοκιμής, εκτέλεσης και πρόγραμμα τους κβαντικούς υπολογιστές από απόσταση, είναι μια ελκυστική επιλογή για πολλές εταιρείες κβαντικών υπολογιστών να ερευνήσουν. «Στο άμεσο μέλλον, ο κβαντικός υπολογισμός δεν θα είναι ένας υπολογιστικός πόρος που δεν μπορεί να παραδοθεί επί τόπου», εξήγησε Tushar Mittal, ο Senior Quantum Product Manager, στο IBM Cloud. «Έχει πολυπλοκότητες διαχείρισης που δεν υπάρχουν για την κλασική ανάπτυξη υπολογιστών, όπως ενεργές βαθμονόμηση σε κρυογονικά περιβάλλοντα. Ακόμη και οι εφαρμογές που μοιάζουν με on-prem δεν είναι αυτόνομα κουτιά - εξακολουθούν να είναι τοπικά προσαρμοσμένες για τον υπολογισμό των υπηρεσιών. Δεδομένου αυτού, το cloud μάς επιτρέπει να παρέχουμε πιο διαισθητικά και ευέλικτα μοντέλα πρόσβασης που μπορούν να παρέχουν πρόσβαση σε υπολογιστές σε κλιμακωτές δυνατότητες στους χρήστες». Ωστόσο, λόγω της αυξανόμενης ζήτησης για υπηρεσίες cloud, υπάρχουν μεγαλύτεροι χρόνοι αναμονής και καθυστερήσεις στην ολοκλήρωση εργασιών. Αυτό σημαίνει ότι ο κβαντικός υπολογισμός και το νέφος μπορεί να έχουν κάποιες βελτιώσεις να κάνουν πριν υιοθετηθούν ευρύτερα.
Το cloud, ένα σύστημα απομακρυσμένων διακομιστών δικτύωσης που τρέχουν στο διαδίκτυο, προσφέρει πολλές υπηρεσίες στους χρήστες. Από την αποθήκευση έως τα συνεργατικά έργα, το cloud χρησιμοποιείται από πολλές εταιρείες παγκοσμίως για την ευελιξία και την ευελιξία του. Η ίδια η διεπαφή μπορεί να είναι αρκετά περίπλοκη. «Η κύρια σημασία είναι ότι ο χρήστης κατανοεί ότι η διασύνδεση με έναν κβαντικό υπολογιστή απαιτεί άλλη γλώσσα προγραμματισμού σε σύγκριση με τους κλασικούς υπολογιστές cloud», εξήγησε. QuTech Επικεφαλής Μηχανικός του Τμήματος Quantum Computing, Ρίτσαρντ Βερσλούις. "Αυτή η γλώσσα, στις περισσότερες περιπτώσεις μια κβαντική γλώσσα συναρμολόγησης (ή QASM) γράφεται απευθείας από τον χρήστη, μεταγλωττίζεται από μια γλώσσα ανώτερου επιπέδου ή ένας ειδικός επεξεργαστής Ιστού, κατάλληλος για κβαντικούς υπολογιστές, χρησιμοποιείται για επεξεργασία." Μόλις πρόσφατα ο κβαντικός υπολογισμός άρχισε να αξιοποιεί το cloud, καθώς εταιρικές πλατφόρμες όπως η Microsoft Azure Quantum, του Ζαπάτα Ορχήστρα, να Φρένο AWS παρέχουν μεγαλύτερη προσβασιμότητα στον κβαντικό υπολογισμό. «Οι κβαντικές μηχανές είναι σπάνιοι και ακριβοί πόροι», δήλωσε ο Ravi. «Στο άμεσο και ενδιάμεσο μέλλον, η προσδοκία είναι ότι οι περισσότεροι χρήστες κβαντικών μηχανών, τόσο από τον ακαδημαϊκό χώρο όσο και από τη βιομηχανία, θα έχουν πρόσβαση σε κβαντικές μηχανές μέσω προσφορών cloud. Όχι μόνο οι μηχανές στο cloud αυξάνονται συνεχώς σε αριθμό, αλλά επίσης ενημερώνονται συνεχώς όσον αφορά την υποστήριξη λογισμικού και τις δυνατότητες υλικού τους, έτσι ώστε οι χρήστες να μπορούν να εκτελούν πειράματα αιχμής στα καλύτερα συστήματα που έχουν να προσφέρουν διάφοροι προμηθευτές, όπως απαραίτητο για την ταχεία πρόοδο των κβαντικών συνόρων». Η ικανότητα του cloud να κάνει τον κβαντικό υπολογισμό πιο προσιτό μπορεί να έχει επιρροή στην εκπαίδευση του μελλοντικού κβαντικού εργατικού δυναμικού, καθώς περισσότερα άτομα έχουν πρόσβαση σε αυτό: την τεχνολογία. Μαθήματα όπως Qiskit της IBM προσφέρουν ευκαιρίες στα άτομα να αλληλεπιδράσουν με τον κβαντικό υπολογισμό και το cloud με πραγματικά αποτελέσματα. Ο Versluis πρόσθεσε ότι: «Αυτό προσφέρει πρόσβαση σε φοιτητές, αλλά και σε ερευνητές (εταιρειών). Παρέχει επίσης έναν μηχανισμό για τη σύνδεση κβαντικών υπολογιστών με άλλους υπολογιστές στον κόσμο, όπως υπερυπολογιστές».
Ο κβαντικός υπολογισμός που βασίζεται στο νέφος προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία με τα υβριδικά μοντέλα και επιτρέπει στους χρήστες να δοκιμάσουν διαφορετικούς τύπους κβαντικού υπολογιστικού υλικού. Σύμφωνα με τον Mittal: «Εκτός από μοντέλα ευέλικτης πρόσβασης, το σύννεφο ξεκλειδώνει επίσης έναν τρόπο παροχής υπηρεσιών που επιτρέπουν στους χρήστες να χρησιμοποιούν υπηρεσίες κβαντικού υπολογισμού παράλληλα με ελαστικούς, κλασικούς υπολογιστές για να ανασχεδιάσουν τις ροές εργασίας για καλύτερη απόδοση. Η IBM αυτή τη στιγμή αναπτύσσει εργαλεία που επιτρέπουν στους χρήστες να πειραματιστούν με την ενορχήστρωση αυτών των πόρων και τις μεθόδους που απαιτούν τέτοιες αρχιτεκτονικές».
Για όσους επιθυμούν να αξιοποιήσουν την τεχνολογία για τις δικές τους επιχειρήσεις, το cloud μπορεί επίσης να είναι ένας τρόπος να κάνουν τον κβαντικό υπολογισμό πιο προσιτό. Όπως εξήγησε ο Ravi: «Η καλύτερη προσβασιμότητα εξακολουθεί να προσφέρει ευκολία πρόσβασης μόνο σε εκείνα τα ιδρύματα που μπορούν να το αντέξουν οικονομικά. Ενώ οι περισσότεροι προμηθευτές επιτρέπουν κάποιο ποσό δωρεάν δημόσιας πρόσβασης καθώς και πιστώσεις για περιορισμένη έρευνα, αυτό είναι συχνά ανεπαρκές για πλήρη Ε&Α για όσους δεν έχουν προνομιακή πρόσβαση σε συσκευές. Για να πετύχει ένας αναδυόμενος τομέας όπως ο κβαντικός υπολογιστής, θα χρειαστούμε εκτεταμένη Ε&Α σε ολόκληρο τον κόσμο και οι πωλητές πρέπει να το έχουν υπόψη, ειδικά καθώς η ζήτηση συνεχίζει να αυξάνεται καθημερινά». Με περισσότερες εταιρείες όπως π.χ D-κύμα συστήματα, που προσφέρουν κβαντικό υπολογισμό και το cloud, ο αριθμός των κβαντικών υπολογιστών που βασίζονται σε σύννεφο αυξάνεται, επιτρέποντας περισσότερες επιλογές στα ενδιαφερόμενα μέρη να επιλέξουν και καθιστώντας τις επιλογές πιο αποδοτικές.
Ωστόσο, η αυξανόμενη ζήτηση για κβαντικούς υπολογιστές που βασίζεται σε σύννεφο θα μπορούσε επίσης να είναι η πτώση του. Οι μεγάλοι χρόνοι αναμονής για την εκτέλεση εργασιών δημιουργούν εμπόδιο για ορισμένες πλατφόρμες. "Ακόμη και για χρήστες με κάποιο επίπεδο προνομιακής πρόσβασης, οι χρόνοι αναμονής για πρόσβαση μηχανήματος μπορεί συχνά να είναι πολλές ώρες και μερικές φορές ακόμη και ημέρες!" αναφώνησε ο Ράβι. «Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για πιο πρόσφατες προσφορές, όπως μηχανές παγιδευμένου ιόντος, οι οποίες είναι υψηλής ποιότητας αλλά πιο περιορισμένοι σε αριθμό». Οι μεγάλοι χρόνοι αναμονής όχι μόνο προκαλούν συμφόρηση, αλλά μπορεί να είναι ιδιαίτερα επιβλαβείς για πιο σύνθετους αλγόριθμους, όπως μεταβλητή κβαντικούς αλγόριθμους, οι οποίοι, όπως πρόσθεσε ο Ravi: «θεωρούνται πολλά υποσχόμενοι να επιδείξουν βραχυπρόθεσμο κβαντικό πλεονέκτημα. Η εκτέλεση εκατοντάδων ή χιλιάδων τέτοιων διαδοχικών εργασιών μπορεί να διαρκέσει εβδομάδες». Αυτή η χρονική υστέρηση είναι κρίσιμη για πολλούς τόσο στη βιομηχανία όσο και στην έρευνα, καθώς οι θέσεις εργασίας τους μπορεί να μην είναι καν σχετικές μέχρι την επεξεργασία τους στο cloud, δημιουργώντας περισσότερες δυσκολίες.
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι που θα μπορούσαν να βελτιώσουν αυτές τις σημαντικές καθυστερήσεις. Το ένα είναι να προσθέσουμε περισσότερους κβαντικούς υπολογιστές στην πλατφόρμα cloud. Όπως το άνοιγμα ενός άλλου μητρώου σε μια γραμμή check-out, αυτό θα μπορούσε να διασκορπίσει περισσότερες θέσεις εργασίας και να δημιουργήσει μικρότερους χρόνους αναμονής. Ο Mittal πιστεύει ότι οι χρήστες πρέπει να αλλάξουν τις προσδοκίες τους για το λογισμικό. Όπως εξήγησε ο Mittal: «Η διαχείριση των προσδοκιών πρόσβασης σε μοντέλα και υπηρεσίες που χρησιμοποιούν οι χρήστες για την κατανάλωση κβαντικών υπολογιστών θα εξελιχθεί φυσικά καθώς ωριμάζουν η τεχνολογία και οι δυνατότητες. Αλλά ο Ravi πιστεύει ότι μια λύση πρέπει να έρθει από την ίδια την πλατφόρμα. «Οι εταιρείες άρχισαν να προσφέρουν καλά ενσωματωμένη υβριδική υποστήριξη κλασικού κβαντικού στο cloud, έτσι ώστε αυτές οι πολλαπλές εκτελέσεις να μπορούν να εκτελεστούν ως εργασία ενός χρήστη», είπε ο Ravi. «Ένα παράδειγμα είναι η IBM'S Qiskit Runtime, η οποία αυξάνει συνεχώς την ευελιξία και την υποστήριξή της για να υποστηρίξει μια ποικιλία πειραμάτων που αντιστοιχούν σε επαναληπτικές εφαρμογές, αλλά υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος μπροστά μας.
Ο Kenna Hughes-Castleberry είναι συγγραφέας προσωπικού στο Inside Quantum Technology και Επιστήμονας Επικοινωνίας στο JILA (μια συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου του Κολοράντο Boulder και του NIST). Τα συγγραφικά της beats περιλαμβάνουν τη βαθιά τεχνολογία, το μετασύμπαν και την κβαντική τεχνολογία.
