By Kenna Hughes-Castleberry lagt ut 28. oktober 2022
"Vi ser at antallet kvanteenheter i skyen stadig øker," forklarte Dr. Gokul Subramanian Ravi, en postdoktor ved University of Chicago. Ravi har studert skybasert kvantedatabehandling og til og med publisert et papir på tjenesten. "Å oppnå praktiske kvantefordeler i nær fremtid vil kreve harmonisk koordinering fra de som jobber i applikasjonsstakken til de som bygger de faktiske vanene. Quantum in the cloud er blant de mest kritiske trinnene for å oppnå denne harmonien.» Siden skyen tilbyr en måte for brukere å teste, kjøre og program kvantedatamaskiner eksternt, er det et attraktivt alternativ for mange kvantedatabedrifter å undersøke. "I overskuelig fremtid vil ikke kvanteberegning være en beregningsressurs som ikke kan leveres på stedet," forklarte Tushar Mittal, Senior Quantum Product Manager, kl IBM Cloud. "Den har administrasjonskompleksiteter som ikke eksisterer for klassisk datadistribusjon, for eksempel aktive kalibreringer i kryogene miljøer. Selv on-prem-lignende distribusjoner er ikke frittstående bokser - de er fortsatt lokaliserte administrerte for databehandlingstjenester. Gitt dette lar skyen oss tilby mer intuitive og fleksible tilgangsmodeller som skalerbart kan levere datatilgang til brukere." På grunn av den økende etterspørselen etter skytjenester er det imidlertid lengre ventetider og forsinkelser i å fullføre jobber. Dette betyr at kvantedatabehandling og skyen kan ha noen forbedringer å gjøre før de blir mer utbredt.
Skyen, et system med eksterne nettverksservere som kjører på internett, tilbyr mange tjenester for brukere. Fra lagring til samarbeidsprosjekter, skyen brukes av mange selskaper globalt for sin fleksibilitet og allsidighet. Selve grensesnittet kan være ganske komplisert. "Hovedviktigheten er at brukeren forstår at grensesnitt med en kvantedatamaskin krever et annet programmeringsspråk sammenlignet med klassiske skydatamaskiner," forklarte QuTech Ingeniørleder for Quantum Computing Division, Richard Versluis. "Dette språket, i de fleste tilfeller et kvantemonteringsspråk (eller QASM), er skrevet direkte av brukeren, kompilert fra et språk på høyere nivå eller en spesiell webredigerer, egnet for kvantedatamaskiner, brukes til redigering." Det har først vært nylig at kvantedatabehandling har begynt å utnytte skyen, ettersom bedriftsplattformer som Microsofts Azure Quantum, Zapatas Orkesterog AWS sin bremse gi mer tilgjengelighet til kvantedatabehandling. "Kvantemaskiner er knappe og dyre ressurser," sa Ravi. "I umiddelbar og mellomliggende fremtid er forventningen at de fleste brukere av kvantemaskiner, fra både akademia og industri, vil få tilgang til kvantemaskiner gjennom skytilbud. Ikke bare vokser maskinene på skyen stadig i antall, men de oppdateres også konstant når det gjelder programvarestøtte og maskinvarefunksjoner slik at brukere kan utføre banebrytende eksperimenter på de beste systemene som ulike leverandører har å tilby, som er et must for rask fremgang av kvantegrenser.» Skyens evne til å gjøre kvantedatabehandling mer tilgjengelig kan være innflytelsesrik for å hjelpe til med å trene fremtidens kvantearbeidsstyrke, ettersom flere individer har tilgang til dette: teknologi. Kurs som IBMs Qiskit tilby muligheter for enkeltpersoner til å samhandle med kvantedatabehandling og skyen med reelle resultater. Versluis la til at: "Dette gir tilgang til studenter, men også for (bedrifts)forskere. Det gir også en mekanisme for å koble kvantedatamaskiner til andre datamaskiner i verden, for eksempel superdatamaskiner."
Skybasert kvantedatabehandling tilbyr mer fleksibilitet med hybridmodeller og lar brukere prøve ut ulike typer kvantedatabehandlingsmaskinvare. I følge Mittal: "Utenfor fleksible tilgangsmodeller låser skyen også opp en måte å levere tjenester som lar brukere bruke kvantedatabehandlingstjenester sammen med elastisk, klassisk databehandling for å rekonstruere arbeidsflyter for bedre ytelse. IBM utvikler for tiden verktøy som lar brukere eksperimentere med orkestreringen av disse ressursene og metodene som krever slike arkitekturer."
For de som ønsker å utnytte teknologien for sine egne virksomheter, kan skyen også være en måte å gjøre kvantedatabehandling rimeligere på. Som Ravi forklarte: ”Bedre tilgjengelighet gir fortsatt bare enkel tilgang til de institusjonene som har råd til det. Mens de fleste leverandører tillater en viss grad av gratis offentlig tilgang samt kreditter for begrenset forskning, er dette ofte utilstrekkelig for fullverdig FoU for de uten privilegert enhetstilgang. For at et voksende område som kvantedatabehandling skal lykkes, vil vi trenge omfattende FoU over hele kloden, og leverandører må ha dette i bakhodet, spesielt ettersom etterspørselen fortsetter å øke hver dag.» Med flere selskaper som f.eks D-Wave systemer, som tilbyr kvantedatabehandling og skyen, øker antallet skybaserte kvantedatamaskiner, noe som gir flere alternativer for interesserte parter å velge mellom, og gjør alternativene mer kostnadseffektive.
Likevel kan den økende etterspørselen etter skybasert kvantedatabehandling også være dens undergang. Lange ventetider på at jobber skal kjøres skaper en flaskehals for enkelte plattformer. "Selv for brukere med et visst nivå av privilegert tilgang, kan ventetidene for maskintilgang ofte være mange timer og noen ganger til og med dager!" utbrøt Ravi. "Dette gjelder spesielt for nyere tilbud, for eksempel fangede ionmaskiner, som er av høy kvalitet, men mer begrenset i antall." Lang ventetid forårsaker ikke bare flaskehalser, men kan være spesielt skadelig for mer komplekse algoritmer, som variasjon kvantealgoritmer, som, som Ravi la til: "betraktes som lovende for å vise frem kvantefordeler på kort sikt. Å kjøre hundrevis eller tusenvis av slike sekvensielle jobber kan ta uker.» Denne tidsforsinkelsen er kritisk for mange i både industri og forskning, siden jobbene deres kanskje ikke engang er relevante når de behandles i skyen, noe som skaper flere vanskeligheter.
Det er mange metoder som kan forbedre disse betydelige forsinkelsene. Den ene er å legge til flere kvantedatamaskiner til skyplattformen. Som å åpne et annet register i en utsjekkingslinje, kan dette spre flere jobber og skape kortere ventetider. Mittal mener at brukerne må endre forventningene til programvaren. Som Mittal forklarte: «Å administrere forventningene om tilgang til modeller og tjenester som brukere bruker for å konsumere kvanteberegning, vil naturlig utvikle seg etter hvert som teknologien og mulighetene modnes. Men Ravi mener en løsning må komme fra selve plattformen. "Bedrifter har begynt å tilby godt integrert klassisk kvantehybridstøtte i skyen slik at disse flere utførelsene kan utføres som én enkeltbrukerjobb," sa Ravi. «Et eksempel er IBMs Qiskit Runtime, som stadig øker sin fleksibilitet og støtte for å støtte en rekke eksperimenter som tilsvarer iterative applikasjoner, men det er fortsatt en lang vei å gå."
Kenna Hughes-Castleberry er stabsskribent ved Inside Quantum Technology og Science Communicator ved JILA (et partnerskap mellom University of Colorado Boulder og NIST). Skriverytmene hennes inkluderer dypteknologi, metaverset og kvanteteknologi.
