By Kenna Hughes-Castleberry postat 28 oktober 2022
"Vi ser att antalet kvantenheter i molnet ständigt ökar", förklarade Dr. Gokul Subramanian Ravi, en postdoktor vid University of Chicago. Ravi har studerat molnbaserad kvantberäkning och till och med publicerat ett papper på tjänsten. "Att uppnå praktiska kvantfördelar inom en snar framtid kommer att kräva harmonisk koordination från de som arbetar i applikationsstacken till de som bygger de faktiska vanorna. Quantum in the cloud är bland de mest kritiska stegen för att uppnå denna harmoni.” Eftersom molnet erbjuder ett sätt för användare att testa, köra och program kvantdatorer på distans är det ett attraktivt alternativ för många kvantdatorföretag att undersöka. "Inom överskådlig framtid kommer kvantberäkning inte att vara en beräkningsresurs som inte kan levereras på plats," förklarade Tushar Mittal, Senior Quantum Product Manager, på IBM Cloud. "Den har hanteringskomplexiteter som inte existerar för klassisk datorinstallation, som aktiva kalibreringar i kryogena miljöer. Även on-prem-liknande distributioner är inte fristående boxar - de är fortfarande lokaliserade hanterade för datortjänster. Med tanke på detta tillåter molnet oss att tillhandahålla mer intuitiva och flexibla åtkomstmodeller som skalbart kan leverera datoråtkomst till användare." Men på grund av den ökande efterfrågan på molntjänster finns det längre väntetider och eftersläpningar för att slutföra jobb. Detta innebär att kvantberäkning och molnet kan ha vissa förbättringar att göra innan de blir mer allmänt antagna.
Molnet, ett system med fjärrnätverksservrar som körs på internet, erbjuder många tjänster för användare. Från lagring till samarbetsprojekt, molnet används av många företag globalt för sin flexibilitet och mångsidighet. Själva gränssnittet kan vara ganska komplicerat. "Den huvudsakliga vikten är att användaren förstår att gränssnitt med en kvantdator kräver ett annat programmeringsspråk jämfört med klassiska molndatorer," förklarade QuTech Ingenjörsledare för Quantum Computing Division, Richard Versluis. "Detta språk, i de flesta fall ett quantum assembly language (eller QASM) skrivs direkt av användaren, kompilerat från ett språk på högre nivå eller en speciell webbredigerare, lämplig för kvantdatorer, används för redigering." Det har bara varit nyligen som kvantberäkningar har börjat dra nytta av molnet, eftersom företagsplattformar som Microsofts Azure Quantum, Zapatas Orkesteroch AWS broms ge mer tillgänglighet till kvantberäkningar. "Kvantmaskiner är knappa och dyra resurser," sa Ravi. "Inom den omedelbara och mellanliggande framtiden är förväntningen att de flesta användare av kvantmaskiner, från både akademi och industri, kommer att få tillgång till kvantmaskiner genom molnerbjudanden. Maskinerna på molnet växer inte bara ständigt i antal, utan de uppdateras också ständigt när det gäller deras mjukvarustöd och hårdvarukapacitet så att användare kan utföra banbrytande experiment på de bästa systemen som olika leverantörer har att erbjuda, vilket är ett måste för snabba framsteg av kvantgränser." Molnets förmåga att göra kvantdatorer mer tillgänglig kan vara inflytelserik för att hjälpa till att utbilda den framtida kvantarbetskraften, eftersom fler individer har tillgång till detta: teknik. Kurser som IBMs Qiskit erbjuda möjligheter för individer att interagera med kvantdatorer och molnet med verkliga resultat. Versluis tillade att: "Detta ger tillgång till studenter, men också för (företags)forskare. Det ger också en mekanism för att ansluta kvantdatorer till andra datorer i världen, till exempel superdatorer."
Molnbaserad kvantberäkning erbjuder mer flexibilitet med hybridmodeller och tillåter användare att prova olika typer av kvantberäkningshårdvara. Enligt Mittal: "Utöver flexibla åtkomstmodeller låser molnet också upp ett sätt att leverera tjänster som tillåter användare att använda kvantdatortjänster tillsammans med elastisk, klassisk datoranvändning för att omarbeta arbetsflöden för bättre prestanda. IBM utvecklar för närvarande verktyg för att tillåta användare att experimentera med orkestreringen av dessa resurser och de metoder som kräver sådana arkitekturer."
För dem som vill utnyttja tekniken för sina egna företag kan molnet också vara ett sätt att göra kvantberäkningar mer överkomliga. Som Ravi förklarade: ”Bättre tillgänglighet ger fortfarande bara enkel tillgång till de institutioner som har råd. Medan de flesta leverantörer tillåter en viss mängd fri allmän tillgång samt krediter för begränsad forskning, är detta ofta otillräckligt för fullfjädrad FoU för dem utan privilegierad enhetsåtkomst. För att ett framväxande område som kvantdatorer ska lyckas kommer vi att behöva omfattande forskning och utveckling över hela världen, och leverantörer måste ha detta i åtanke, särskilt eftersom efterfrågan fortsätter att öka varje dag.” Med fler företag som t.ex D-Wave system, som erbjuder kvantdatorer och molnet, ökar antalet molnbaserade kvantdatorer, vilket ger fler alternativ för intresserade parter att välja mellan och gör alternativen mer kostnadseffektiva.
Ändå kan den ökande efterfrågan på molnbaserad kvantberäkning också vara dess fall. Långa väntetider på att jobb ska köras skapar en flaskhals för vissa plattformar. "Även för användare med en viss nivå av privilegierad åtkomst kan väntetiderna för maskinåtkomst ofta vara många timmar och ibland till och med dagar!" utbrast Ravi. "Detta gäller särskilt för nyare erbjudanden, som fångade-jonmaskiner, som är av hög kvalitet men mer begränsat i antal." Långa väntetider orsakar inte bara flaskhalsar utan kan vara särskilt skadliga för mer komplexa algoritmer, som variation kvantalgoritmer, som, som Ravi tillade: "anses lovande för att visa upp kvantfördelar på kort sikt. Att driva hundratals eller tusentals sådana sekventiella jobb kan ta veckor.” Denna tidsfördröjning är avgörande för många inom både industri och forskning, eftersom deras jobb kanske inte ens är relevanta när de bearbetas i molnet, vilket skapar fler svårigheter.
Det finns många metoder som kan förbättra dessa betydande fördröjningar. En är att lägga till fler kvantdatorer till molnplattformen. Som att öppna ett annat register i en utcheckningskö kan detta skingra fler jobb och skapa kortare väntetider. Mittal anser att användarna måste ändra sina förväntningar på programvaran. Som Mittal förklarade: "Hantera förväntningarna på att få tillgång till modeller och tjänster som användare använder för att konsumera kvantberäkning kommer naturligtvis att utvecklas i takt med att tekniken och kapaciteten mognar. Men Ravi tror att en lösning måste komma från själva plattformen. "Företag har börjat erbjuda välintegrerat stöd för klassisk kvanthybrid i molnet så att dessa flera körningar kan köras som ett enanvändarjobb," sa Ravi. ”Ett exempel är IBMs Qiskit Runtime, som ständigt ökar sin flexibilitet och stöd för att stödja en mängd olika experiment som motsvarar iterativa applikationer, men det är fortfarande en lång väg kvar att gå.”
Kenna Hughes-Castleberry är personalskribent på Inside Quantum Technology och Science Communicator vid JILA (ett partnerskap mellan University of Colorado Boulder och NIST). Hennes skrivbeats inkluderar djupteknologi, metaversen och kvantteknologi.
