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对基于云计算的量子计算服务的期望

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科技云眼2020-11-26 15:23

在量子计算领域,这还处于非常早期的阶段,但是通过查看公共云服务,你不一定知道这一点。在过去的几年里,像Amazon和Azure这样的供应商已经推出了量子计算服务,乍一看,这些服务似乎使量子计算机的运行变得和启动虚拟机或上传数据一样容易。

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现实往往更加复杂。尽管这些云服务确实提供了对量子计算环境的基本访问,但它们并不能提供量子架构可以提供的数百万倍甚至更高的计算能力。

这是有关当前基于云的量子服务提供的基础知识,它们如何工作以及为什么或不希望使用它们的入门知识。

量子计算的状态

尽管科学家研究量子计算已有数十年的历史,但由于Google去年声称已实现“量子至上”之类的事件,这导致了量子计算机的呼声突然激增。该公司演示了一种量子计算机,该计算机可以在200秒内完成计算,而这在传统的超级计算机上将花费大约10000年的时间。

但是,这并不意味着实用的量子计算时代已经到来。谷歌展示的量子计算机仍然不能做任何实际的事情。批评者还指出,尽管像Google这样的实验擅长成为引人注目的头条新闻,但它们实际上并未反映出在解决量子计算领域的基本挑战方面的实质性进步。

可以这么说,尽管在过去的几年中量子计算已成为一个热门话题,但现在没有理由相信量子计算机将很快在日常使用中。

云中的量子计算服务

但是这种现实并不一定反映在公共云中,在公共云中,提供商近年来一直在争先恐后地推出量子计算产品。

微软在2019年发布了Azure Quantum,这是一种用于部署量子应用程序的通用云服务。亚马逊的同类产品Braket于2020年8月正式上市。IBM同样也在利用IBM Quantum Experience进行重大的云量子研究,该技术基于该公司在量子研究方面的投资(并支持其将量子计算转变为赚钱的努力)。

尽管谷歌自己也在量子硬件方面进行了研究,但谷歌进入基于云计算的量子市场的举措更为慎重。谷歌云目前还不包括通用量子计算服务,尽管该平台自2020年3月以来已经提供了TensorFlow quantum,一个用于构建量子机器学习模型的库。

云量子服务如何工作

能够上传量子软件并像部署任何其他类型的云工作负载一样轻松地运行它的想法无疑很吸引人。但是,到目前为止,基于云的量子服务实际上允许您执行此操作的程度是相当有限的。

到目前为止,由Azure、Microsoft和IBM等供应商提供的量子云服务可以归结为两种解决方案的组合。一种是使用软件仿真器来模拟量子计算环境。这种类型的服务不会给你任何接近量子性能的东西。模拟的量子环境托管在传统的硬件上,所以你的代码只能像在传统机器上运行一样快。不过,模拟器确实允许程序员测试他们为量子计算机编写的代码,这可以帮助组织在量子应用程序上取得领先。

量子云服务中包含的另一种更有趣的解决方案类型是访问实际的量子硬件。云供应商通过与开发量子机器的IonQ和D-Wave等公司的合作关系来提供此服务。使用Braket,Azure Quantum和IBM Quantum Experience等云服务,您可以通过云租用对真正的量子计算机的访问。

最大的警告是,通过这些服务可用的量子硬件仍处于开发阶段。您可以利用真正的量子硬件,但不会比传统计算机快数千万次。而且,您仍然将通过抽象化对底层硬件访问的框架来部署代码。

换句话说,不要指望很快会出现由量子硬件提供支持的EC2实例。从种种迹象来看,要通过云直接连接到真正的量子计算机还需要很多年。

云量子架构

同样值得注意的是,通过云量子服务可用的量子架构的类型甚至没有一致性。当前,大多数服务基于两种类型的构建量子计算机的方法的组合。一种称为基于门的架构,另一种称为退火方法。

如果您想尝试量子软件设计,那么可以通过云服务使用不同的量子体系结构将非常有用。但是缺乏一致性也意味着即使在同一个基于云的量子平台中,您也需要确保要运行的任何代码都针对要使用的特定体系结构量身定制。云中的量子软件几乎没有互操作性或通用兼容性。

为什么使用Quantum云服务?

尽管在公共云中运行的量子计算服务存在局限性,但这些服务确实具有真正的价值。最重要的是,它们使拥有公共云帐户的任何人都可以轻松访问量子环境。您无需直接与量子硬件供应商合作,也无需弄清楚如何设置自己的量子仿真环境即可使用量子软件。

但是,在这一点上,除了玩耍之外,没有其他理由将这些服务用于其他任何用途。他们有一天可以轻松访问可用于生产环境的量子环境,但是这一天可能至少还有十年。在您看到有用的量子服务在云中运行之前,世界需要量子计算机能够实际做一些有用的事情。

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