By Kenna Hughes-Castleberry geplaatst op 28 okt 2022
"We zien het aantal kwantumapparaten in de cloud voortdurend toenemen", legt Dr. Gokul Subramaniaanse Ravi, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Chicago. Ravi heeft cloudgebaseerde kwantumcomputing bestudeerd en zelfs gepubliceerd een krant op de dienst. “Om in de nabije toekomst praktisch kwantumvoordeel te behalen, is een harmonieuze coördinatie nodig, beginnend bij degenen die in de applicatiestack werken tot degenen die de daadwerkelijke gewoontes ontwikkelen. Quantum in de cloud is een van de meest kritische stappen om deze harmonie te bereiken.” Omdat de cloud gebruikers een manier biedt om te testen, uit te voeren en programma quantumcomputers op afstand, is het voor veel quantumcomputingbedrijven een aantrekkelijke optie om te onderzoeken. "In de nabije toekomst zal kwantumcomputing geen computerresource zijn die niet on-premises kan worden geleverd", legt uit Tushar Mittal, de Senior Quantum Product Manager, bij IBM Cloud. “Het heeft beheercomplexiteit die niet bestaat voor klassieke computergebruik, zoals actieve kalibraties in cryogene omgevingen. Zelfs on-prem-achtige implementaties zijn geen op zichzelf staande boxen: ze worden nog steeds gelokaliseerd en beheerd om services te berekenen. Daarom stelt de cloud ons in staat om meer intuïtieve en flexibele toegangsmodellen te bieden die schaalbaar computertoegang kunnen bieden aan gebruikers.” Door de toenemende vraag naar clouddiensten zijn er echter langere wachttijden en vertragingen bij het voltooien van taken. Dit betekent dat kwantumcomputing en de cloud mogelijk enkele verbeteringen moeten aanbrengen voordat ze op grotere schaal worden toegepast.
De cloud, een systeem van externe netwerkservers die op internet draaien, biedt veel diensten voor gebruikers. Van opslag tot samenwerkingsprojecten, de cloud wordt wereldwijd door veel bedrijven gebruikt vanwege zijn flexibiliteit en veelzijdigheid. De daadwerkelijke interface zelf kan behoorlijk ingewikkeld zijn. "Het belangrijkste is dat de gebruiker begrijpt dat de interface met een kwantumcomputer een andere programmeertaal vereist dan klassieke cloudcomputers", legt hij uit. QuTech Engineering Lead van de Quantum Computing Division, Richard Versluis. “Deze taal, in de meeste gevallen een kwantum-assembleertaal (of QASM), wordt rechtstreeks door de gebruiker geschreven, gecompileerd uit een taal van een hoger niveau of een speciale webeditor, geschikt voor kwantumcomputers, wordt gebruikt voor bewerking.” Het is pas sinds kort dat kwantumcomputing de cloud begint te benutten, als bedrijfsplatforms zoals die van Microsoft Azuurblauwe kwantum, Zapata's Orkest en AWS' Braket zorgen voor meer toegankelijkheid tot kwantumcomputing. "Kwantummachines zijn schaarse en dure middelen", aldus Ravi. “In de nabije en middellange toekomst is de verwachting dat de meeste gebruikers van kwantummachines, zowel uit de academische wereld als uit de industrie, toegang zullen krijgen tot kwantummachines via cloudaanbiedingen. Niet alleen groeien de machines in de cloud voortdurend in aantal, maar ze worden ook voortdurend bijgewerkt wat betreft hun softwareondersteuning en hardwaremogelijkheden, zodat gebruikers geavanceerde experimenten kunnen uitvoeren op de beste systemen die verschillende leveranciers te bieden hebben. een must voor de snelle vooruitgang van kwantumgrenzen.” Het vermogen van de cloud om kwantumcomputing toegankelijker te maken, kan van invloed zijn bij het helpen bij het trainen van het toekomstige kwantumpersoneel, aangezien meer individuen toegang hebben tot deze: technologie. Cursussen zoals Qiskit van IBM mogelijkheden bieden voor individuen om te communiceren met kwantumcomputing en de cloud met echte resultaten. Versluis vult aan: “Dit biedt toegang voor studenten, maar ook voor (bedrijfs)onderzoekers. Het biedt ook een mechanisme om kwantumcomputers te verbinden met andere computers in de wereld, zoals supercomputers.”
Cloudgebaseerde quantumcomputing biedt meer flexibiliteit met hybride modellen en stelt gebruikers in staat om verschillende soorten quantumcomputinghardware uit te proberen. Volgens Mittal: “Buiten flexibele toegangsmodellen ontgrendelt de cloud ook een manier om diensten te leveren waarmee gebruikers kwantumcomputingdiensten kunnen gebruiken naast elastische, klassieke computers om workflows opnieuw te ontwerpen voor betere prestaties. IBM ontwikkelt momenteel tools waarmee gebruikers kunnen experimenteren met de orkestratie van deze bronnen en de methoden die dergelijke architecturen vereisen.”
Voor degenen die de technologie voor hun eigen bedrijf willen gebruiken, kan de cloud ook een manier zijn om kwantumcomputing betaalbaarder te maken. Zoals Ravi uitlegde: “Een betere toegankelijkheid biedt nog steeds alleen gemakkelijke toegang tot die instellingen die het zich kunnen veroorloven. Hoewel de meeste leveranciers een bepaalde hoeveelheid gratis openbare toegang toestaan, evenals kredieten voor beperkt onderzoek, is dit vaak onvoldoende voor volwaardige R&D voor mensen zonder bevoorrechte apparaattoegang. Om een opkomend gebied als kwantumcomputing te laten slagen, hebben we uitgebreide R&D over de hele wereld nodig, en leveranciers moeten hier rekening mee houden, vooral omdat de vraag elke dag blijft toenemen.” Met meer bedrijven zoals D-Wave systemen, het aanbieden van quantumcomputing en de cloud, neemt het aantal cloudgebaseerde quantumcomputers toe, waardoor geïnteresseerde partijen uit meer opties kunnen kiezen en de opties kosteneffectiever worden.
Maar de stijgende vraag naar cloudgebaseerde kwantumcomputing zou ook de ondergang kunnen zijn. Lange wachttijden voor het uitvoeren van taken vormen een knelpunt voor bepaalde platforms. "Zelfs voor gebruikers met een bepaald niveau van geprivilegieerde toegang kunnen wachttijden voor machinetoegang vaak vele uren en soms zelfs dagen bedragen!" riep Ravi uit. "Dit geldt met name voor recentere aanbiedingen, zoals machines met ingesloten ionen, die van hoge kwaliteit zijn maar beperkter in aantal." Lange wachttijden veroorzaken niet alleen knelpunten, maar kunnen vooral schadelijk zijn voor complexere algoritmen, zoals variabel kwantumalgoritmen, die, zoals Ravi toevoegde: "worden beschouwd als veelbelovend om kwantumvoordeel op korte termijn te demonstreren. Het uitvoeren van honderden of duizenden van dergelijke opeenvolgende taken kan weken duren.” Deze vertraging is van cruciaal belang voor velen in zowel de industrie als de onderzoekswereld, omdat hun banen misschien niet eens relevant zijn tegen de tijd dat ze in de cloud worden verwerkt, waardoor er meer problemen ontstaan.
Er zijn veel methoden die deze aanzienlijke vertragingen kunnen verbeteren. Een daarvan is om meer kwantumcomputers toe te voegen aan het cloudplatform. Net als het openen van een andere kassa in een kassarij, kan dit meer banen verspreiden en kortere wachttijden creëren. Mittal is van mening dat gebruikers hun verwachtingen van de software moeten veranderen. Zoals Mittal uitlegde: “Het managen van de verwachtingen dat toegang tot modellen en diensten die gebruikers gebruiken om kwantumcomputing te consumeren, zal natuurlijk evolueren naarmate de technologie en mogelijkheden volwassen worden. Maar Ravi vindt dat een oplossing uit het platform zelf moet komen. "Bedrijven zijn begonnen met het aanbieden van goed geïntegreerde klassiek-kwantumhybride ondersteuning in de cloud, zodat deze meerdere uitvoeringen kunnen worden uitgevoerd als één taak voor één gebruiker", aldus Ravi. “Een voorbeeld is die van IBM Qiskit-runtime, dat voortdurend zijn flexibiliteit en ondersteuning vergroot om een verscheidenheid aan experimenten te ondersteunen die overeenkomen met iteratieve toepassingen, maar er is nog een lange weg te gaan.”
Kenna Hughes-Castleberry is een stafschrijver bij Inside Quantum Technology en de Science Communicator bij JILA (een samenwerking tussen de University of Colorado Boulder en NIST). Haar schrijfritmes omvatten deep tech, de metaverse en kwantumtechnologie.
