By Kenna Hughes-Castleberry đăng ngày 28 tháng 2022 năm XNUMX
TS. Gokul Subramanian Ravi, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Chicago. Ravi đã nghiên cứu điện toán lượng tử dựa trên đám mây và thậm chí đã xuất bản một tờ giấy trên dịch vụ. “Việc đạt được lợi thế lượng tử thực tế trong tương lai gần sẽ yêu cầu sự phối hợp hài hòa bắt đầu từ những người làm việc trong ngăn xếp ứng dụng đến những người xây dựng thói quen thực tế. Lượng tử trong đám mây là một trong những bước quan trọng nhất để đạt được sự hài hòa này.” Vì đám mây cung cấp một cách để người dùng kiểm tra, chạy và chương trình máy tính lượng tử từ xa, đây là một lựa chọn hấp dẫn để nhiều công ty điện toán lượng tử nghiên cứu. “Trong tương lai gần, điện toán lượng tử sẽ không phải là tài nguyên điện toán không thể cung cấp tại chỗ,” giải thích Tushar Mittal, Giám đốc sản phẩm lượng tử cấp cao, tại Đám mây của IBM. “Nó có sự phức tạp về quản lý không tồn tại đối với việc triển khai điện toán cổ điển, chẳng hạn như hiệu chuẩn tích cực trong môi trường đông lạnh. Ngay cả các triển khai giống như tại chỗ cũng không phải là các hộp độc lập - chúng vẫn được quản lý cục bộ để tính toán các dịch vụ. Với điều này, đám mây cho phép chúng tôi cung cấp các mô hình truy cập trực quan và linh hoạt hơn, có thể cung cấp quyền truy cập điện toán cho người dùng theo quy mô.” Tuy nhiên, do nhu cầu ngày càng tăng đối với các dịch vụ đám mây, thời gian chờ đợi và độ trễ trong việc hoàn thành công việc sẽ lâu hơn. Điều này có nghĩa là điện toán lượng tử và đám mây có thể cần thực hiện một số cải tiến trước khi được áp dụng rộng rãi hơn.
Đám mây, một hệ thống các máy chủ mạng từ xa chạy trên internet, cung cấp nhiều dịch vụ cho người dùng. Từ lưu trữ đến các dự án hợp tác, đám mây được nhiều công ty trên toàn cầu sử dụng vì tính linh hoạt và đa năng của nó. Bản thân giao diện thực sự có thể khá phức tạp. “Điều quan trọng chính là người dùng hiểu rằng giao tiếp với máy tính lượng tử yêu cầu ngôn ngữ lập trình khác so với máy tính đám mây cổ điển,” giải thích QuTech Trưởng phòng Kỹ thuật của Bộ phận Điện toán Lượng tử, Richard Versluis. “Ngôn ngữ này, trong hầu hết các trường hợp, là ngôn ngữ hợp ngữ lượng tử (hoặc QASM) được viết trực tiếp bởi người dùng, được biên dịch từ ngôn ngữ cấp cao hơn hoặc trình soạn thảo web đặc biệt, phù hợp với máy tính lượng tử, được sử dụng để chỉnh sửa.” Chỉ mới gần đây, điện toán lượng tử mới bắt đầu tận dụng đám mây, khi các nền tảng của công ty như Microsoft's lượng tử Azure, Zapata của Orqu nhạcvà phanh của AWS cung cấp nhiều khả năng tiếp cận hơn với điện toán lượng tử. Ravi nói: “Máy lượng tử là nguồn tài nguyên khan hiếm và đắt đỏ. “Trong tương lai gần và trước mắt, kỳ vọng là hầu hết người dùng máy lượng tử, từ cả giới học thuật và ngành công nghiệp, sẽ truy cập máy lượng tử thông qua các dịch vụ đám mây. Các máy trên đám mây không chỉ liên tục tăng về số lượng mà còn được cập nhật liên tục về khả năng hỗ trợ phần mềm và phần cứng để người dùng có thể thực hiện các thử nghiệm tiên tiến trên các hệ thống tốt nhất mà các nhà cung cấp khác nhau cung cấp, đó là cần thiết cho sự tiến bộ nhanh chóng của các biên giới lượng tử.” Khả năng làm cho điện toán lượng tử dễ tiếp cận hơn của đám mây có thể có ảnh hưởng trong việc giúp đào tạo lực lượng lao động lượng tử trong tương lai, vì nhiều cá nhân có quyền truy cập vào điều này: công nghệ. Các khóa học như Qiskit của IBM mang đến cơ hội cho các cá nhân tương tác với điện toán lượng tử và đám mây với kết quả thực tế. Versluis nói thêm rằng: “Điều này không chỉ cung cấp khả năng tiếp cận cho sinh viên mà còn cho các nhà nghiên cứu (của công ty). Nó cũng cung cấp một cơ chế để kết nối máy tính lượng tử với các máy tính khác trên thế giới, chẳng hạn như siêu máy tính.”
Điện toán lượng tử dựa trên đám mây mang đến sự linh hoạt hơn với các mô hình kết hợp và cho phép người dùng dùng thử các loại phần cứng điện toán lượng tử khác nhau. Theo Mittal: “Bên ngoài các mô hình truy cập linh hoạt, đám mây còn mở ra một cách cung cấp các dịch vụ cho phép người dùng sử dụng các dịch vụ điện toán lượng tử cùng với điện toán cổ điển, đàn hồi để tái thiết kế quy trình công việc để có hiệu suất tốt hơn. IBM hiện đang phát triển các công cụ để cho phép người dùng thử nghiệm việc phối hợp các tài nguyên này và các phương pháp yêu cầu các kiến trúc đó.”
Đối với những người muốn tận dụng công nghệ cho doanh nghiệp của riêng họ, đám mây cũng có thể là một cách để làm cho điện toán lượng tử trở nên hợp lý hơn. Như Ravi đã giải thích: ” Khả năng tiếp cận tốt hơn vẫn chỉ mang lại khả năng tiếp cận dễ dàng cho những tổ chức có khả năng chi trả. Mặc dù hầu hết các nhà cung cấp cho phép một số lượng truy cập công khai miễn phí cũng như tín dụng cho nghiên cứu hạn chế, nhưng điều này thường không đủ cho R&D chính thức đối với những người không có quyền truy cập thiết bị đặc quyền. Để một lĩnh vực mới nổi như điện toán lượng tử thành công, chúng ta sẽ cần R&D rộng rãi trên toàn cầu và các nhà cung cấp cần ghi nhớ điều này, đặc biệt là khi nhu cầu tiếp tục tăng lên mỗi ngày.” Với nhiều công ty hơn như D-Sóng cung cấp điện toán lượng tử và đám mây, số lượng máy tính lượng tử dựa trên đám mây tăng lên, cho phép nhiều tùy chọn hơn cho các bên quan tâm lựa chọn và làm cho các tùy chọn hiệu quả hơn về chi phí.
Tuy nhiên, nhu cầu ngày càng tăng đối với điện toán lượng tử dựa trên đám mây cũng có thể là sự sụp đổ của nó. Thời gian chờ đợi lâu để chạy các công việc tạo ra nút thắt cổ chai cho một số nền tảng nhất định. “Ngay cả đối với những người dùng có quyền truy cập đặc quyền ở một mức độ nào đó, thời gian chờ truy cập máy thường có thể kéo dài nhiều giờ và đôi khi là cả ngày!” Ravi kêu lên. “Điều này đặc biệt đúng đối với các dịch vụ gần đây hơn, chẳng hạn như máy bẫy ion, có chất lượng cao nhưng số lượng hạn chế hơn.” Thời gian chờ đợi lâu không chỉ gây ra tắc nghẽn mà còn có thể đặc biệt gây hại cho các thuật toán phức tạp hơn, chẳng hạn như đa dạng các thuật toán lượng tử, như Ravi đã nói thêm: “được coi là hứa hẹn thể hiện lợi thế lượng tử trong thời gian ngắn. Chạy hàng trăm hoặc hàng nghìn công việc tuần tự như vậy có thể mất hàng tuần.” Độ trễ thời gian này rất quan trọng đối với nhiều người trong cả ngành công nghiệp và nghiên cứu, vì công việc của họ thậm chí có thể không còn phù hợp vào thời điểm chúng được xử lý trên đám mây, điều này tạo ra nhiều khó khăn hơn.
Có nhiều phương pháp có thể cải thiện độ trễ đáng kể này. Một là thêm nhiều máy tính lượng tử hơn vào nền tảng đám mây. Giống như mở một sổ đăng ký khác trong hàng thanh toán, điều này có thể phân tán nhiều công việc hơn và rút ngắn thời gian chờ đợi. Mittal tin rằng người dùng cần thay đổi kỳ vọng của họ về phần mềm. Như Mittal đã giải thích: “Việc quản lý các kỳ vọng truy cập vào các mô hình và dịch vụ mà người dùng sử dụng để sử dụng điện toán lượng tử sẽ phát triển một cách tự nhiên khi công nghệ và khả năng trưởng thành. ” Nhưng Ravi tin rằng một giải pháp cần phải đến từ chính nền tảng này. Ravi cho biết: “Các công ty đã bắt đầu cung cấp hỗ trợ lai lượng tử-cổ điển được tích hợp tốt trên đám mây để nhiều lần thực thi này có thể được thực hiện như một công việc của một người dùng. “Một ví dụ là IBM'S Thời gian chạy Qiskit, không ngừng tăng cường tính linh hoạt và hỗ trợ để hỗ trợ nhiều thử nghiệm tương ứng với các ứng dụng lặp, nhưng vẫn còn một chặng đường dài phía trước.”
Kenna Hughes-Castleberry là nhà văn nhân viên của Inside Quantum Technology và Science Communicator tại JILA (hợp tác giữa Đại học Colorado Boulder và NIST). Những nhịp điệu viết lách của cô ấy bao gồm công nghệ sâu, siêu nghịch đảo và công nghệ lượng tử.
