作者：Katie Elyce Jones，PillarQ 编辑
Travis Humble，量子计算用户计划 (QCUP) 主任，与橡树岭领导计算设施位于同一地点（图片来源：Carlos Jones/ORNL，美国能源部）
随着高性能计算 (HPC) 社区超越摩尔定律的边缘寻找加速未来系统的解决方案，一项前沿技术是量子计算，它每年在全球积累数十亿美元的研发资金。
高性能计算中心（包括世界上第一台百亿亿级超级计算机 Frontier 所在的橡树岭领导计算中心 (OLCF)）正在寻找利用和推进量子系统的方法，这也许并不奇怪。
OLCF 位于田纳西州橡树岭国家实验室 (ORNL)，由美国能源部 (DOE) 资助 量子计算用户程序 (QCUP) 为科学界的用户提供对主要商业量子计算系统的远程访问。 目前，该计划提供对来自 IBM Quantum Services 和 Rigetti Quantum Cloud Services 的不同超导架构的访问，以及 Quantinuum 俘获离子计算机和仿真器。 该计划还准备访问 IonQ 离子阱系统。
在今年的一项新举措中，OLCF 和 QCUP 通过混合分配程序连接量子和 HPC，该程序提供对 QCUP 的量子供应商和 OLCF 的超级计算机的双重访问。
“QCUP 的目的是帮助我们了解 [量子] 技术的发展方式，并帮助我们预测我们希望该技术何时成为下一个 HPC 系统的一部分，”QCUP 主管 Travis Humble 说。
Humble 还是 ORNL 的主任 量子科学中心, 这是通过不同的 DOE 项目——国家量子信息科学研究中心——提供资金的，但在量子研究和开发方面有着重叠的利益。 他将成为“量子计算：HPC 加速的未来？”的小组成员。 在 SC22 （高性能计算、网络、存储和分析国际会议），18 月 XNUMX 日星期五。
Humble 说 QCUP 提供了一系列量子计算系统来探索什么对某些问题最有效，而经典计算是这种探索的一部分。 “我们还不知道最好的硬件以及应用程序将如何匹配。 量子计算作为一种理论，为我们提供了一个全新的平台，可以在其中尝试计算，为科学发现提供信息，因此它改变了我们实际可以计算的问题类型。 超级计算机功能强大，但也有局限性。 Hybrid 兼顾了两全其美。”
不过，他告诫说，目前并没有多少应用程序能很好地利用这两种设备，而 QCUP 新的量子-经典混合分配的目的是找到在这两种设备上都运行良好的应用程序。
前沿超级计算机
QCUP 拥有约 250 名用户，自 2016 年以来已从内部实验室计划发展为当前用户计划。 由 DOE 的高级科学计算研究 (ASCR) 计划赞助，量子用户计划采用与 ASCR 的领先计算设施相同的 HPC 用户模型，该模型审查科学建议以了解在计算系统上分配时间的潜在影响和优点。
Humble 说：“我们正在寻找可行性——他们是否试图解决一个甚至适合量子计算机的问题——以及技术准备和应用。”
QCUP 用户协助支持包括一个科学参与团队，该团队协助研究人员移植他们的代码，尽管过去许多用户都是“专家级量子用户”，他说。 “他们已经编写了程序并准备就绪。”
许多用户来自与量子研究相关的科学项目，例如高能和核物理以及聚变能。 例如，由劳伦斯伯克利国家实验室领导的团队使用 QCUP 资源来 模拟两个质子碰撞的一部分，将物理计算分解为最适合经典计算和量子计算的计算，以便包括经典计算机否则会近似的量子效应。
“到目前为止，物理学的存在最多。 其次可能是计算机科学，其中包括构建能够提高量子计算机性能的工具，”Humble 说。
在另一个 QCUP 项目中，由芝加哥大学和阿贡国家实验室研究人员领导的团队 模拟量子自旋缺陷，以及在量子计算机中编码信息的应用程序。 在这种情况下，他们使用经典计算来验证和减少量子计算中的错误。
人工智能 (AI) 也出现在经典计算和量子计算的界面上。 Humble 表示，一些计算机科学项目的目标是利用量子计算来加速 AI 和机器学习工作流程，或者在 AI 生成的数据中发现特定于量子的信息。
尽管该程序通过 HPC 用户设施提供对量子计算机的访问，但这些计算机并未与 HPC 系统集成。 QCUP 的最终目标之一是连接量子和 HPC 系统，但近期存在障碍。
“现在的部分障碍是量子计算太早了。 如果你看看今天的量子计算机，6 个月后，它将被新的东西取代，”Humble 说。
从技术角度来看，量子计算机仍然需要特殊维护，还无法与高性能计算相媲美。 从用户的角度来看，培训障碍主要是将量子计算委托给量子专家。
“开始使用量子计算所需的培训材料也处于起步阶段，”Humble 说。 “对于绝大多数想要采用量子的 HPC 用户，我们必须为他们创建培训资源。”
尽管许多 HPC 与量子的合作仍处于早期阶段，但其他 HPC 中心的 QCUP 和量子项目等项目的经验可能有助于为未来的 HPC 与量子集成奠定基础。
Katie Elyce Jones 是研究新闻刊物的创始人和编辑 支柱Q.
