Nvidia公司正在和位于多倫多的初創公司Xanadu Quantum Technologies展開合作，首次實現在超級計算機上運行量子計算模擬。

Nvidia在今天發布的一篇博文中表示，研究人員正在使用最新版本的Xanadu PennyLane在名為“Perlmutter”的超級計算機上模擬量子機器。PennyLane是一個名為“混合量子計算”的開源框架，也就是使用經典計算資源和量子處理器。研究人員將PennyLane與Nvidia cuQuantum軟件開發套件結合起來，使其能夠模擬由高性能GPU集群驅動的量子機器。

這種高性能是一項關鍵要求，因為美國能源部布魯克海文國家實驗室的Shinjae Yoo等研究人員表示，需要多達256個GPU才能模擬大約36個量子位——這是真正的量子機器所采用的特有的計算器，而且至關重要的是，這大約是研究人員目前可用量子位數量的兩倍。

Nvidia表示，PennyLane的多節點版本將搭配cuQuantum SDK一起使用，以簡化加速量子計算機大規模模擬的復雜工作。Yoo表示：“這甚至讓我的實習生也可以運行一些最大規模的模擬，的確令人感到興奮。”他的團隊計劃將有不少于6個項目將使用PennyLane。

Yoo的研究旨在推進高能物理和機器學習應用，而其他研究人員正在使用模擬量子計算機來擴展他們對化學和材料科學的理解。

量子計算機是一種實驗型計算機，依賴于量子力學的特性，有望比經典計算機更為強大，盡管這仍然是一項尚未完全開發的新興技術，而模擬運算則讓研究人員能夠在開發過程中開始探索他們的能力。

除了幫助研究人員之外，Xanadu公司還與勞斯萊斯汽車有限公司合作開發量子算法，用于設計更可持續的噴氣發動機；與大眾集團合作，為電動汽車設計更高效、更強大的電池。

除了Yoo的項目外，國家能源研究科學計算中心的Perlmutter超級計算機至少還在四個項目中利用PennyLane在模擬量子算機。NERSC量子計算項目的負責人Katherine Klymko 表示，研究人員正在使用量子模擬來研究對于傳統計算機來說太大的分子復合物。Klymko說：“像PennyLane這樣的工具是讓他們擴展當前經典功能的關鍵，為最終在大型計算機上運行算法做好準備。”

Xanadu公司高級量子軟件開發人員Lee O’Riordan表示，PennyLane和cuQuantum的結合使可模擬的量子位數量大幅增加成為可能，超出了之前所實現的任何水平。“當我們從2022年開始在單個GPU上使用cuQuantum的時候，我們就幾乎全面實現了10倍的加速。我們希望在今年年底之前擴展到1000個節點，也就是4000個GPU，這可能意味著模擬超過40個量子位。”

O’Riordan相信，最終Nvidia cuQuantum和GPU可以幫助模擬相當于60多個量子位，分為30個量子位子電路，甚至更多。

Xanadu的團隊仍在收集有關任何可能性的數據，但這項研究看起來很有希望，“根據我們基于樣本的工作負載，我們看到的幾乎都是線性擴展。”