北京時間3月31日消息（余予）當(dāng)?shù)貢r間3月30日，富士通宣布其已經(jīng)成功開發(fā)出世界上最快的量子計算機模擬器，該模擬器能夠在富士通超級計算機PRIMEHPC FX 700集群系統(tǒng)上處理36個量子比特的量子電路，該模擬器配備了與世界上最快的超級計算機“富岳（Fugaku）”相同的A64FX CPU。
富士通PRIMEHPC FX700（圖源：富士通）
新開發(fā)的量子模擬器可以高速并行執(zhí)行量子模擬器軟件“Qulacs”，在36個量子比特的量子運算中實現(xiàn)了其他強大量子模擬器的大約兩倍的性能。富士通的新型量子模擬器將成為開發(fā)量子計算應(yīng)用的重要橋梁，預(yù)計將在未來幾年投入實際使用。
基于這一突破，從2022年4月1日起，富士通和富士膠片株式會社（以下簡稱“富士膠片”）將啟動材料科學(xué)領(lǐng)域的量子計算應(yīng)用聯(lián)合研究。
未來，富士通將加快開發(fā)量子計算機的步伐，目標(biāo)是在2022年9月之前開發(fā)出40個量子比特的模擬器，并與金融和藥物發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域的客戶共同研發(fā)量子應(yīng)用。
富士通有限公司執(zhí)行官兼首席技術(shù)官Vivek Mahajan評論稱：“我們現(xiàn)在站在計算技術(shù)新時代的邊緣。富士通利用其數(shù)十年來積累的世界領(lǐng)先的計算技術(shù)專業(yè)知識，成功開發(fā)了世界上最快的量子模擬器。最近，我們利用這些知識與日本理研所（RIKEN）合作設(shè)計了超級計算機Fugaku，在過去兩年里它一直是世界上最快的計算機。未來，我們的目標(biāo)是通過這種新的量子模擬器，為我們的客戶加速量子應(yīng)用的開發(fā)，并通過解決社會面臨的一系列問題，最終為可持續(xù)發(fā)展的世界做出貢獻(xiàn)。”
新的36 量子比特量子模擬器提供世界上最快的處理速度
富士通已經(jīng)為富士通PRIMEHPC FX 700上的64個節(jié)點組成的集群系統(tǒng)開發(fā)了一種并行分布式量子模擬器。
PRIMEHPC FX 700配備了與超級計算機Fugaku相同的A64FX CPU，可以在雙精度浮點格式計算中實現(xiàn)3.072 teraflops (TFLOPS) 的理論峰值性能。它還擁有32 GB內(nèi)存，以及每秒1024 GB的高帶寬，通過InfiniBand連接節(jié)點，速度達(dá)到每秒12.5 GB。
新的量子模擬器采用了“Qulacs”，這是由大阪大學(xué)和 QunaSys Corporation開發(fā)的世界上最快的量子模擬器軟件之一，當(dāng)移植到A64FX時，通過使用SVE（可伸縮向量擴(kuò)展）同時執(zhí)行多個計算，內(nèi)存帶寬性能達(dá)到了最大化 。
MPI (Message Passing Interface)實現(xiàn)Qulacs的并行和分布式執(zhí)行，通過重疊計算和通信實現(xiàn)最大化網(wǎng)絡(luò)帶寬的數(shù)據(jù)傳輸。富士通進(jìn)一步開發(fā)了一種新方法，可以根據(jù)量子電路的進(jìn)度及其計算，高效地重新排列部署在集群上的分布式內(nèi)存中的量子比特狀態(tài)，這有助于降低通信成本。新系統(tǒng)還兼容“Qulacs”以外的其他量子模擬器軟件。
Qiski是量子計算機軟件的主要開發(fā)工具之一，可用于富士通的量子模擬器，為量子軟件開發(fā)人員提供高度便利的開發(fā)環(huán)境。富士通與QunaSys合作，計劃在新的量子模擬器上提供公司的量子化學(xué)計算軟件Qamuy，為執(zhí)行各種各樣的高速量子化學(xué)計算提供資源。
富士通、富士膠片研究項目概要
此外，富士通和富士膠片將開始聯(lián)合研究量子在計算化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，以實現(xiàn)創(chuàng)新的材料設(shè)計方法。該聯(lián)合研究將利用富士通新開發(fā)的量子模擬器來研究和評估分子化學(xué)反應(yīng)計算中特定的量子計算算法。
時間：2022年4月1日-2023年3月31日
目的：量子計算技術(shù)在計算化學(xué)中的應(yīng)用
研究內(nèi)容：分子化學(xué)反應(yīng)等量子計算特定算法的檢驗與評價
角色和職責(zé)：富士通，量子模擬器的提供、計算結(jié)果的分析和改進(jìn)方法的檢查；富士膠片，量子化學(xué)計算的實施、計算結(jié)果的分析和改進(jìn)方法的研究
未來的計劃
展望未來，富士通將致力于改進(jìn)其技術(shù)，包括量子門融合技術(shù)，該技術(shù)能夠同時對多個量子門進(jìn)行計算，以實現(xiàn)更大規(guī)模和更高速度的量子模擬器。富士通進(jìn)一步的目標(biāo)是在2022年9月之前開發(fā)出40量子比特的模擬器，用于金融和藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域。富士通將把在量子模擬器上積累的量子應(yīng)用知識應(yīng)用到量子計算機的開發(fā)中，以使用量子技術(shù)解決社會問題。
大阪大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究生院先進(jìn)電子與光學(xué)科學(xué)部Keisuke Fujii教授評論稱：“使用超級計算機的高速模擬器在量子計算機性能所依賴的量子軟件和量子應(yīng)用的開發(fā)中具有越來越重要的意義。全球開發(fā)者使用的開源軟件Qulacs與超級計算機“Fugaku”的核心技術(shù)已經(jīng)結(jié)合起來，實現(xiàn)了世界上最快的量子模擬器，我們相信這將極大地加速量子軟件的未來發(fā)展。”
富士膠片分析技術(shù)中心高級研究員Yukihiro Okuno評論稱：“量子計算機具有在計算化學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行高度精確的計算的潛力，這是經(jīng)典計算機無法完成的。富士膠片將開展這項聯(lián)合研究，作為在材料科學(xué)中利用量子計算機的可行性研究。”
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