By Кенна Хьюз-Кастлберри опубликовано 28 окт 2022
«Мы видим, что количество квантовых устройств в облаке постоянно увеличивается», — пояснил доктор. Гокул Субраманиан Рави, научный сотрудник Чикагского университета. Рави изучал облачные квантовые вычисления и даже публиковал бумага на службе. «Достижение практического квантового преимущества в ближайшем будущем потребует гармоничной координации, начиная от тех, кто работает в стеке приложений, и заканчивая теми, кто создает реальные привычки. Quantum в облаке — один из самых важных шагов для достижения этой гармонии». Поскольку облако предлагает пользователям возможность тестировать, запускать и программа квантовых компьютеров удаленно, это привлекательный вариант для исследований многих компаний, занимающихся квантовыми вычислениями. «В обозримом будущем квантовые вычисления не будут вычислительным ресурсом, который нельзя доставить локально», — пояснили в компании. Тушар Миттал, старший менеджер по квантовым продуктам, в IBM Cloud. «У него есть сложности управления, которые не существуют для классического развертывания вычислений, такие как активные калибровки в криогенных средах. Даже локальные развертывания не являются автономными блоками — они по-прежнему локализованы, управляемые вычислительными службами. Учитывая это, облако позволяет нам предоставлять более интуитивно понятные и гибкие модели доступа, которые могут масштабировать доступ к вычислительным ресурсам для пользователей». Однако из-за растущего спроса на облачные сервисы время ожидания и задержки в выполнении заданий увеличиваются. Это означает, что квантовые вычисления и облачные технологии могут нуждаться в некоторых улучшениях, прежде чем они получат более широкое распространение.
Облако, система удаленных сетевых серверов, работающих в Интернете, предлагает множество услуг для пользователей. Облако используется многими компаниями по всему миру, от хранения до совместных проектов, благодаря его гибкости и универсальности. На самом деле сам интерфейс может быть довольно сложным. «Главное, чтобы пользователь понимал, что для взаимодействия с квантовым компьютером требуется другой язык программирования по сравнению с классическими облачными компьютерами», — пояснил QuTech Ведущий инженер отдела квантовых вычислений, Ричард Верслуис. «Этот язык, в большинстве случаев квантовый ассемблер (или QASM), пишется непосредственно пользователем, компилируется из языка более высокого уровня или для редактирования используется специальный веб-редактор, подходящий для квантовых компьютеров». Только недавно квантовые вычисления начали использовать облако, поскольку платформы компаний, такие как Microsoft, Лазурный Квант, Запата оркестркачества Брелок AWS обеспечить большую доступность квантовых вычислений. «Квантовые машины — дефицитный и дорогой ресурс, — заявил Рави. «Ожидается, что в ближайшем и среднесрочном будущем большинство пользователей квантовых машин, как из научных кругов, так и из промышленности, получат доступ к квантовым машинам через облачные предложения. Мало того, что число машин в облаке постоянно растет, они также постоянно обновляются с точки зрения их программной поддержки и аппаратных возможностей, чтобы пользователи могли проводить передовые эксперименты на лучших системах, которые могут предложить различные поставщики, что необходимо для быстрого продвижения квантовых границ». Способность облака сделать квантовые вычисления более доступными может сыграть важную роль в обучении будущей рабочей силы, поскольку все больше людей имеют доступ к этой технологии. Курсы как Qiskit от IBM предлагают людям возможность взаимодействовать с квантовыми вычислениями и облаком с реальными результатами. Верслуис добавил, что: «Это дает доступ не только студентам, но и исследователям (компании). Он также предоставляет механизм для подключения квантовых компьютеров к другим компьютерам в мире, таким как суперкомпьютеры».
Облачные квантовые вычисления обеспечивают большую гибкость благодаря гибридным моделям и позволяют пользователям опробовать различные типы оборудования для квантовых вычислений. По словам Миттала: «Помимо гибких моделей доступа, облако также открывает способ предоставления услуг, которые позволяют пользователям использовать услуги квантовых вычислений наряду с гибкими классическими вычислениями для реорганизации рабочих процессов для повышения производительности. В настоящее время IBM разрабатывает инструменты, позволяющие пользователям экспериментировать с оркестровкой этих ресурсов и методами, требующими таких архитектур».
Для тех, кто хочет использовать эту технологию для собственного бизнеса, облако также может стать способом сделать квантовые вычисления более доступными. Как объяснил Рави: «Более высокая доступность по-прежнему обеспечивает простоту доступа только к тем учреждениям, которые могут себе это позволить. Хотя большинство поставщиков предоставляют некоторый объем бесплатного публичного доступа, а также кредиты для ограниченных исследований, этого часто недостаточно для полномасштабных исследований и разработок для тех, у кого нет привилегированного доступа к устройствам. Для успеха такой новой области, как квантовые вычисления, нам потребуются обширные исследования и разработки по всему миру, и поставщики должны помнить об этом, тем более что спрос продолжает расти с каждым днем». С большим количеством компаний, таких как D-Wave систем, предлагающих квантовые вычисления и облако, число облачных квантовых компьютеров растет, предоставляя заинтересованным сторонам больше возможностей для выбора и делая варианты более рентабельными.
Тем не менее, растущий спрос на облачные квантовые вычисления также может стать причиной его падения. Длительное время ожидания запуска заданий создает узкое место для определенных платформ. «Даже для пользователей с некоторым уровнем привилегированного доступа время ожидания доступа к машине часто может составлять многие часы, а иногда даже дни!» — воскликнул Рави. «Это особенно верно для более поздних предложений, таких как машины с захваченными ионами, которые отличаются высоким качеством, но более ограничены в количестве». Длительное время ожидания не только создает узкие места, но и может быть особенно вредным для более сложных алгоритмов, таких как вариационный квантовые алгоритмы, которые, как добавил Рави: «считаются многообещающими для демонстрации краткосрочного квантового преимущества. Выполнение сотен или тысяч таких последовательных заданий может занять недели». Эта временная задержка имеет решающее значение для многих как в промышленности, так и в исследованиях, поскольку их работа может быть даже неактуальной к тому времени, когда они обрабатываются в облаке, что создает дополнительные трудности.
Есть много методов, которые могли бы улучшить эти значительные лаги. Один из них — добавить больше квантовых компьютеров на облачную платформу. Подобно открытию еще одной кассы в очереди на кассу, это может рассредоточить больше рабочих мест и сократить время ожидания. Миттал считает, что пользователям необходимо изменить свои ожидания от программного обеспечения. Как объяснил Миттал: «Управление ожиданиями, связанными с доступом к моделям и сервисам, которые пользователи используют для потребления квантовых вычислений, будет естественным образом развиваться по мере развития технологий и возможностей. Но Рави считает, что решение должно исходить от самой платформы. «Компании начали предлагать хорошо интегрированную поддержку классического и квантового гибрида в облаке, чтобы эти множественные выполнения могли выполняться как одно задание для одного пользователя», — сказал Рави. «Примером является IBM Среда выполнения Qiskit, которая постоянно повышает свою гибкость и поддержку для поддержки различных экспериментов, соответствующих итеративным приложениям, но впереди еще долгий путь».
Кенна Хьюз-Кастлберри — штатный писатель Inside Quantum Technology и научный коммуникатор JILA (партнерство между Колорадским университетом в Боулдере и NIST). Ее писательские приемы включают в себя глубокие технологии, метавселенную и квантовые технологии.
