By Kenny Hughes-Castleberry wysłano 28 października 2022 r
„Widzimy, że liczba urządzeń kwantowych w chmurze stale rośnie” – wyjaśnił dr. Gokul Subraman Ravi, pracownik naukowy z tytułem doktora na Uniwersytecie w Chicago. Ravi studiował przetwarzanie kwantowe w chmurze, a nawet publikował papier na serwisie. „Osiągnięcie praktycznej przewagi kwantowej w niedalekiej przyszłości będzie wymagało harmonijnej koordynacji, począwszy od osób pracujących w stosie aplikacji, po osoby budujące rzeczywiste nawyki. Quantum w chmurze to jeden z najważniejszych kroków do osiągnięcia tej harmonii”. Ponieważ chmura oferuje użytkownikom sposób na testowanie, uruchamianie i program komputerów kwantowych, jest atrakcyjną opcją dla wielu firm zajmujących się komputerami kwantowymi. „W dającej się przewidzieć przyszłości obliczenia kwantowe nie będą zasobem obliczeniowym, którego nie można dostarczyć lokalnie” — wyjaśnił Tuszar Mittal, Starszy Menedżer Produktu Quantum, at IBM Cloud. „Ma złożoność zarządzania, która nie istnieje w przypadku klasycznego wdrożenia komputerowego, na przykład aktywną kalibrację w środowiskach kriogenicznych. Nawet wdrożenia typu on-prem nie są samodzielnymi urządzeniami — nadal są zlokalizowane i zarządzane w usługach obliczeniowych. Biorąc to pod uwagę, chmura pozwala nam zapewniać bardziej intuicyjne i elastyczne modele dostępu, które mogą skalowalnie zapewniać użytkownikom dostęp obliczeniowy”. Jednak ze względu na rosnące zapotrzebowanie na usługi w chmurze, czas oczekiwania i opóźnienia w realizacji zadań są dłuższe. Oznacza to, że obliczenia kwantowe i chmura mogą wymagać pewnych ulepszeń, zanim staną się szerzej stosowane.
Chmura, system zdalnych serwerów sieciowych działających w Internecie, oferuje użytkownikom wiele usług. Od pamięci masowej po projekty współpracy, chmura jest wykorzystywana przez wiele firm na całym świecie ze względu na jej elastyczność i wszechstronność. Właściwie sam interfejs może być dość skomplikowany. „Główne znaczenie ma zrozumienie przez użytkownika, że połączenie z komputerem kwantowym wymaga innego języka programowania w porównaniu z klasycznymi komputerami w chmurze” — wyjaśnił. QuTech kierownik inżynierii działu obliczeń kwantowych, Richarda Versluisa. „Ten język, w większości przypadków kwantowy język asemblera (lub QASM), jest napisany bezpośrednio przez użytkownika, skompilowany z języka wyższego poziomu lub specjalnego edytora internetowego, odpowiedniego dla komputerów kwantowych, jest używany do edycji”. Dopiero niedawno komputery kwantowe zaczęły wykorzystywać chmurę, jako platformy firmowe, takie jak Microsoft Azure Quantum, Zapaty Orkiestra, Braket AWS zapewnić większą dostępność komputerów kwantowych. „Maszyny kwantowe to rzadkie i drogie zasoby”, stwierdził Ravi. „Oczekuje się, że w najbliższej i pośredniej przyszłości większość użytkowników maszyn kwantowych, zarówno ze środowisk akademickich, jak i przemysłowych, uzyska dostęp do maszyn kwantowych za pośrednictwem ofert w chmurze. Nie tylko liczba maszyn w chmurze stale rośnie, ale są one również stale aktualizowane pod względem wsparcia programowego i możliwości sprzętowych, dzięki czemu użytkownicy mogą przeprowadzać najnowocześniejsze eksperymenty na najlepszych systemach oferowanych przez różnych dostawców, co jest koniecznością dla szybkiego rozwoju granic kwantowych”. Zdolność chmury do uczynienia obliczeń kwantowych bardziej dostępnymi może mieć wpływ na pomoc w szkoleniu przyszłej siły roboczej kwantowej, ponieważ więcej osób ma dostęp do tego: technologii. Kursy jak Qiskit firmy IBM oferować jednostkom możliwość interakcji z komputerami kwantowymi i chmurą, co przyniesie realne rezultaty. Versluis dodał, że: „Daje to dostęp studentom, ale także naukowcom (firmowym). Zapewnia również mechanizm łączenia komputerów kwantowych z innymi komputerami na świecie, takimi jak superkomputery”.
Obliczenia kwantowe oparte na chmurze oferują większą elastyczność dzięki modelom hybrydowym i umożliwiają użytkownikom wypróbowanie różnych typów sprzętu do obliczeń kwantowych. Według Mittala: „Oprócz elastycznych modeli dostępu, chmura otwiera również sposób na dostarczanie usług, które pozwalają użytkownikom korzystać z usług obliczeń kwantowych obok elastycznych, klasycznych obliczeń w celu przeprojektowania przepływów pracy w celu uzyskania lepszej wydajności. IBM opracowuje obecnie narzędzia umożliwiające użytkownikom eksperymentowanie z orkiestracją tych zasobów i metodami wymagającymi takich architektur”.
Dla tych, którzy chcą wykorzystać tę technologię we własnych firmach, chmura może być również sposobem na uczynienie obliczeń kwantowych bardziej przystępnymi cenowo. Jak wyjaśnił Ravi: „Lepsza dostępność wciąż zapewnia łatwy dostęp tylko tym instytucjom, które mogą sobie na to pozwolić. Podczas gdy większość dostawców zezwala na pewną ilość bezpłatnego publicznego dostępu, a także kredyty na ograniczone badania, często jest to niewystarczające dla pełnoprawnych prac badawczo-rozwojowych dla osób bez uprzywilejowanego dostępu do urządzeń. Aby rozwijający się obszar, taki jak komputery kwantowe, odniósł sukces, będziemy potrzebować szeroko zakrojonych badań i rozwoju na całym świecie, a dostawcy muszą o tym pamiętać, zwłaszcza że popyt rośnie każdego dnia”. Z większą liczbą firm, takich jak D-Wave systemów komputerowych, oferujących przetwarzanie kwantowe i chmurę, rośnie liczba komputerów kwantowych działających w chmurze, co daje zainteresowanym stronom więcej opcji do wyboru i sprawia, że opcje te są bardziej opłacalne.
Jednak rosnące zapotrzebowanie na przetwarzanie kwantowe w chmurze może również spowodować jego upadek. Długi czas oczekiwania na uruchomienie zadań tworzy wąskie gardło dla niektórych platform. „Nawet w przypadku użytkowników z uprzywilejowanym dostępem czas oczekiwania na dostęp do komputera może często wynosić wiele godzin, a czasem nawet dni!” wykrzyknął Ravi. „Dotyczy to zwłaszcza nowszych ofert, takich jak maszyny z uwięzionymi jonami, które są wysokiej jakości, ale mają mniejszą liczbę”. Długie czasy oczekiwania nie tylko powodują wąskie gardła, ale mogą być szczególnie szkodliwe dla bardziej złożonych algorytmów, takich jak wariacja algorytmy kwantowe, które, jak dodał Ravi: „uważa się za obiecujące zaprezentowanie krótkoterminowej przewagi kwantowej. Wykonanie setek lub tysięcy takich sekwencyjnych zadań może zająć tygodnie”. To opóźnienie ma kluczowe znaczenie dla wielu osób zarówno w przemyśle, jak iw badaniach, ponieważ ich praca może nawet nie mieć znaczenia do czasu przetwarzania w chmurze, co powoduje więcej trudności.
Istnieje wiele metod, które mogą poprawić te znaczne opóźnienia. Jednym z nich jest dodanie większej liczby komputerów kwantowych do platformy chmurowej. Podobnie jak otwarcie kolejnej kasy w kolejce do kasy, może to rozproszyć więcej miejsc pracy i skrócić czas oczekiwania. Mittal uważa, że użytkownicy muszą zmienić swoje oczekiwania wobec oprogramowania. Jak wyjaśnił Mittal: „Zarządzanie oczekiwaniami dotyczącymi modeli dostępu i usług wykorzystywanych przez użytkowników do korzystania z obliczeń kwantowych będzie naturalnie ewoluować wraz z dojrzewaniem technologii i możliwości. Ale Ravi uważa, że rozwiązanie musi pochodzić z samej platformy. „Firmy zaczęły oferować dobrze zintegrowaną obsługę klasycznej hybrydy kwantowej w chmurze, dzięki czemu te wielokrotne wykonania mogą być wykonywane jako jedno zadanie dla jednego użytkownika” — powiedział Ravi. „Przykładem jest IBM Środowisko wykonawcze Qiskit, który stale zwiększa swoją elastyczność i wsparcie, aby wspierać różnorodne eksperymenty odpowiadające aplikacjom iteracyjnym, ale wciąż jest przed nim długa droga”.
Kenna Hughes-Castleberry jest pisarzem personelu w Inside Quantum Technology i Science Communicator w JILA (partnerstwo między University of Colorado Boulder i NIST). Jej pisarskie bity obejmują deep tech, metaverse i technologię kwantową.
