北京時(shí)間3月31日消息（余予）當(dāng)?shù)貢r(shí)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(jì)算機(jī)模擬器，該模擬器能夠在富士通超級計(jì)算機(jī)PRIMEHPC FX 700集群系統(tǒng)上處理36個(gè)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(jì)算機(jī)“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(gè)量子比特的量子運(yùn)算中實(shí)現(xiàn)了其他強(qiáng)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(jì)算應(yīng)用的重要橋梁，預(yù)計(jì)將在未來幾年投入實(shí)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(huì)社（以下簡稱“富士膠片”）將啟動(dòng)材料科學(xué)領(lǐng)域的量子計(jì)算應(yīng)用聯(lián)合研究。

未來，富士通將加快開發(fā)量子計(jì)算機(jī)的步伐，目標(biāo)是在2022年9月之前開發(fā)出40個(gè)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(jì)算技術(shù)新時(shí)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(jì)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(jì)了超級計(jì)算機(jī)Fugaku，在過去兩年里它一直是世界上最快的計(jì)算機(jī)。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(huì)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(jì)算機(jī)Fugaku相同的A64FX CPU，可以在雙精度浮點(diǎn)格式計(jì)算中實(shí)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(diǎn)，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(shí)，通過使用SVE（可伸縮向量擴(kuò)展）同時(shí)執(zhí)行多個(gè)計(jì)算，內(nèi)存帶寬性能達(dá)到了最大化 。

MPI (Message Passing Interface)實(shí)現(xiàn)Qulacs的并行和分布式執(zhí)行，通過重疊計(jì)算和通信實(shí)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(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)劃在新的量子模擬器上提供公司的量子化學(xué)計(jì)算軟件Qamuy，為執(zhí)行各種各樣的高速量子化學(xué)計(jì)算提供資源。

富士通、富士膠片研究項(xiàng)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(jì)算化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的材料設(shè)計(jì)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(jì)算中特定的量子計(jì)算算法。

時(shí)間：2022年4月1日-2023年3月31日

目的：量子計(jì)算技術(shù)在計(jì)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(jì)算特定算法的檢驗(yàn)與評價(jià)

角色和職責(zé)：富士通，量子模擬器的提供、計(jì)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(jì)算的實(shí)施、計(jì)算結(jié)果的分析和改進(jìn)方法的研究

未來的計(jì)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(shí)對多個(gè)量子門進(jìn)行計(jì)算，以實(shí)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(jì)算機(jī)的開發(fā)中，以使用量子技術(shù)解決社會(huì)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(jì)算機(jī)的高速模擬器在量子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)“Fugaku”的核心技術(shù)已經(jīng)結(jié)合起來，實(shí)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(jì)算機(jī)具有在計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行高度精確的計(jì)算的潛力，這是經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法完成的。富士膠片將開展這項(xiàng)聯(lián)合研究，作為在材料科學(xué)中利用量子計(jì)算機(jī)的可行性研究。”

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