By Kenna Hughes-Castleberry közzétéve: 28. október 2022
„Azt látjuk, hogy a felhőben lévő kvantumeszközök száma folyamatosan növekszik” – magyarázta dr. Gokul Subramanian Ravi, a Chicagói Egyetem posztdoktori kutatója. Ravi a felhőalapú kvantumszámítástechnikát tanulmányozta, sőt publikált is egy papír a szolgáltatáson. „A gyakorlati kvantumelőny közeljövőben történő eléréséhez harmonikus koordinációra lesz szükség, kezdve az alkalmazási veremben dolgozóktól a tényleges szokások kialakításáig. A kvantum a felhőben az egyik legkritikusabb lépés e harmónia eléréséhez.” Mivel a felhő lehetőséget kínál a felhasználóknak a tesztelésre, futtatásra és program A kvantumszámítógépek távolról történő alkalmazása vonzó lehetőség számos kvantumszámítástechnikai vállalat számára a vizsgálatra. „A belátható jövőben a kvantumszámítás nem lesz olyan számítási erőforrás, amelyet nem lehet helyben szállítani” – magyarázta. Tushar Mittal, a Senior Quantum Product Manager, at IBM Cloud. „Olyan kezelési bonyolultságokkal rendelkezik, amelyek nem léteznek a klasszikus számítástechnika telepítésénél, például az aktív kalibrálások kriogén környezetben. Még az on-prem-szerű telepítések sem önálló dobozok – továbbra is lokalizált, kezelt szolgáltatások kiszámításához. Ennek fényében a felhő lehetővé teszi számunkra, hogy intuitívabb és rugalmasabb hozzáférési modelleket biztosítsunk, amelyek skálázhatóan biztosítják a számítási hozzáférést a felhasználók számára.” A felhőszolgáltatások iránti növekvő kereslet miatt azonban hosszabbak a várakozási idők és késések a munkák befejezésében. Ez azt jelenti, hogy a kvantumszámítástechnikán és a felhőn lehet még javítani, mielőtt szélesebb körben elterjednének.
A felhő, az interneten futó távoli hálózati szerverek rendszere, számos szolgáltatást kínál a felhasználóknak. A tárolástól az együttműködési projektekig a felhőt sok vállalat használja világszerte rugalmassága és sokoldalúsága miatt. Maga az interfész valójában meglehetősen bonyolult lehet. „A legfontosabb az, hogy a felhasználó megértse, hogy a kvantumszámítógépekkel való interfészhez más programozási nyelvre van szükség a klasszikus felhőalapú számítógépekhez képest” – magyarázta. QuTech A kvantumszámítási részleg mérnöki vezetője, Richard Versluis. „Ezt a nyelvet, a legtöbb esetben egy kvantum-összeállítás nyelvet (vagy QASM-et) közvetlenül a felhasználó ír, egy magasabb szintű nyelvből vagy egy speciális, kvantumszámítógépekhez alkalmas webszerkesztőből fordítjuk a szerkesztésre.” Csak a közelmúltban történt, hogy a kvantumszámítástechnika elkezdte kihasználni a felhőt, mivel a vállalati platformok, mint a Microsoft Azúrkvantum, Zapatáé Orquestraés AWS-fék nagyobb hozzáférést biztosítanak a kvantumszámításhoz. „A kvantumgépek szűkösek és drága erőforrások” – mondta Ravi. „A közeljövőben és a köztes jövőben az az elvárás, hogy a kvantumgépek legtöbb felhasználója, mind az akadémia, mind az ipar részéről, felhőajánlatokon keresztül férhessen hozzá a kvantumgépekhez. Nemcsak a felhőben lévő gépek száma folyamatosan növekszik, hanem folyamatosan frissítik szoftvertámogatásukat és hardveres képességeiket is, hogy a felhasználók élvonalbeli kísérleteket hajthassanak végre a különböző gyártók által kínált legjobb rendszereken. elengedhetetlen a kvantumhatárok gyors előrehaladásához.” A felhő azon képessége, hogy hozzáférhetőbbé tegye a kvantumszámítástechnikát, befolyással lehet a jövő kvantummunkaerejének képzésére, mivel egyre több ember fér hozzá ehhez: a technológiához. Olyan tanfolyamok, mint IBM Qiskit lehetőségeket kínál az egyének számára, hogy valódi eredményekkel kölcsönhatásba léphessenek a kvantumszámítástechnikával és a felhővel. Versluis hozzátette: „Ez hozzáférést biztosít a hallgatóknak, de a (vállalati) kutatóknak is. Mechanizmust is biztosít a kvantumszámítógépek összekapcsolására a világ más számítógépeivel, például szuperszámítógépekkel."
A felhőalapú kvantumszámítás nagyobb rugalmasságot kínál a hibrid modellekkel, és lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy különböző típusú kvantumszámítási hardvereket próbáljanak ki. Mittal szerint: „A rugalmas hozzáférési modelleken kívül a felhő olyan szolgáltatások nyújtására is lehetőséget kínál, amelyek lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy a rugalmas, klasszikus számítástechnika mellett kvantumszámítási szolgáltatásokat is használjanak a munkafolyamatok újratervezése érdekében a jobb teljesítmény érdekében. Az IBM jelenleg olyan eszközöket fejleszt, amelyek lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy kísérletezzenek ezen erőforrások összehangolásával és az ilyen architektúrákat igénylő módszerekkel.”
Azok számára, akik a technológiát saját vállalkozásukban szeretnék kamatoztatni, a felhő a kvantumszámítás megfizethetőbbé tételének egyik módja lehet. Ahogy Ravi kifejtette: „A jobb hozzáférhetőség továbbra is csak azoknak az intézményeknek kínál könnyebb hozzáférést, amelyek megengedhetik maguknak. Míg a legtöbb szállító bizonyos mennyiségű ingyenes nyilvános hozzáférést, valamint korlátozott kutatási krediteket tesz lehetővé, ez gyakran nem elegendő a kiváltságos eszköz-hozzáféréssel nem rendelkezők teljes körű kutatás-fejlesztéséhez. Egy olyan feltörekvő terület sikeréhez, mint a kvantumszámítástechnika, kiterjedt K+F-re lesz szükségünk az egész világon, és a szállítóknak ezt szem előtt kell tartaniuk, különösen akkor, ha a kereslet napról napra növekszik.” Több céggel, mint pl D-Wave A kvantumszámítástechnikát és a felhőt kínáló rendszerekben növekszik a felhőalapú kvantumszámítógépek száma, így több lehetőség közül választhatnak az érdeklődők, és költséghatékonyabbak lesznek a lehetőségek.
A felhőalapú kvantumszámítástechnika iránti növekvő kereslet azonban a bukását is okozhatja. A feladatok végrehajtására váró hosszú várakozási idő szűk keresztmetszetet jelent bizonyos platformokon. "Még bizonyos szintű kiváltságos hozzáféréssel rendelkező felhasználók számára is a gépi hozzáférés várakozási ideje gyakran több óra, sőt néha napok is lehet!" – kiáltott fel Ravi. „Ez különösen igaz az újabb ajánlatokra, például a csapdás ionos gépekre, amelyek jó minőségűek, de korlátozottabb a számuk.” A hosszú várakozási idő nem csak szűk keresztmetszeteket okoz, hanem különösen káros lehet az összetettebb algoritmusokra, mint pl variációs kvantum-algoritmusok, amelyek – ahogy Ravi hozzátette: „ígéretesnek tartják a rövid távú kvantumelőny bemutatását. Több száz vagy több ezer ilyen egymást követő munka futtatása hetekig is eltarthat.” Ez az időeltolódás sokak számára kritikus az iparban és a kutatásban is, mivel a felhőben való feldolgozásukig a munkájuk már nem is releváns, ami további nehézségeket okoz.
Számos módszer létezik, amelyek javíthatják ezeket a jelentős késéseket. Az egyik az, hogy több kvantumszámítógépet adunk a felhőplatformhoz. Mint egy másik regiszter megnyitása a kijelentkezési sorban, ez több munkát oszlathat fel, és rövidebb várakozási időt eredményezhet. Mittal úgy véli, hogy a felhasználóknak változtatniuk kell a szoftverrel szembeni elvárásaikon. Ahogy Mittal kifejtette: „A felhasználók által a kvantumszámításhoz használt modellekhez és szolgáltatásokhoz való hozzáféréssel kapcsolatos elvárások kezelése a technológia és a képességek kifejlődésével természetesen fejlődni fog. Ravi azonban úgy véli, hogy a megoldásnak magának a platformnak kell lennie. "A vállalatok elkezdtek jól integrált klasszikus-kvantum hibrid támogatást kínálni a felhőben, hogy ezeket a többszörös végrehajtásokat egyetlen egyfelhasználós feladatként lehessen végrehajtani" - mondta Ravi. „Példa erre az IBM Qiskit Runtime, amely folyamatosan növeli rugalmasságát és támogatását, hogy támogassa az iteratív alkalmazásoknak megfelelő különféle kísérleteket, de még hosszú út áll előttünk.”
Kenna Hughes-Castleberry az Inside Quantum Technology és a Science Communicator munkatársa a JILA-nál (a Colorado Boulder Egyetem és a NIST partnersége). Írási ütemei közé tartozik a mélytechnológia, a metaverzum és a kvantumtechnológia.
