谷歌關于量子計算機的論文已經發(fā)表，我們現在通過橡樹嶺實驗室的文章介紹，來了解更多背后的故事。橡樹嶺國際實驗室屬于美國能源部，目前全球最快的超算Summit正是坐落于此，而2021年左右，它將建成新的超算，將是全球第一臺EB級超算。

    由Google.，NASA Ames研究中心和美國能源部的橡樹嶺國家實驗室組成的聯合研究小組已經證明，量子計算機在某些任務上可以勝過傳統(tǒng)計算機，這一壯舉被稱為量子霸權。

    量子計算機使用量子力學定律和稱為量子位的單位大大提高了可以傳輸和處理信息的閾值。傳統(tǒng)的“位”的值為0或1，而qubit則同時使用0和1的值或其任意組合進行編碼，從而為存儲數據提供了多種可能性。

    量子系統(tǒng)雖然仍處于早期階段，但其潛力可能會比當今領先的經典計算系統(tǒng)強大得多，并有望徹底改變材料，化學，高能物理以及整個科學領域的研究。研究小組的結果在《自然》雜志上發(fā)表，提供了量子霸權的概念證明，并建立了解決時間和能量消耗的基線比較。

    美國能源部科學局副局長保羅·達巴（Paul Dabbar）表示：“量子霸權的成就證明了美國創(chuàng)新的力量，美國能源部的實驗室正在幫助并引領這一突破性的研究領域。” “對量子技術的掌握正在創(chuàng)造一個新的信息時代，它提供了處理信息的新方法，從而使科學和社會受益?！?/p>

    由Google制造并被稱為Sycamore的量子計算機由53個量子位組成。經典計算機是ORNL的Summit，位于橡樹嶺領導力計算設施（OLCF）中，由于擁有4600多個計算節(jié)點，因此被譽為全球功能最強大的計算機。

    橡樹嶺實驗室的程序員Dmitri Liakh編寫了運行在Summit超算上的程序，用來比較超算與量子計算性能的差別

    兩種系統(tǒng)均執(zhí)行稱為隨機環(huán)路采樣（RCS）的任務，該任務專門用于測量Sycamore等量子設備的性能。在量子計算機上，仿真耗時200秒。在Summit上運行相同的模擬后，研究小組推斷，該計算將花費超過10,000年的時間來使用當今最先進的算法來完成世界上最強大的系統(tǒng)，從而為設計提供了量子至上性和關鍵信息的實驗證據未來的量子計算機。不僅Sycamore的速度比傳統(tǒng)的Sycamore快，而且能源效率也高出約1000萬倍。

    研究人員還估計了單個組件的性能，以準確地預測整個Sycamore裝置的性能，證明了量子信息在按比例放大時表現出一致的行為-這是設計大型量子計算機的必要屬性。

    這項實驗證明，今天的量子計算機可以在基準測試方面勝過最好的傳統(tǒng)計算?！?ORNL研究人員和實驗室量子計算研究所所長Travis Humble說道。 “我們還嘗試了其他方法，但是我們的團隊是第一個在真實系統(tǒng)上證明這一結果的人。”

    真正的系統(tǒng)至關重要。谷歌的研究人員和位于硅谷的美國宇航局艾姆斯研究中心試圖利用美國宇航局的資源來解決這一問題，很快意識到他們需要一臺功能更強大的計算機。沒有比ORNL的Summit更強大的功能了。

    將量子計算移植到經典的Summit中并不是一件容易的事。 RCS模擬器稱為qFlex，最初包括僅CPU計算的版本。然而，Summit從NVIDIA圖形處理單元（GPU）中獲得了世界一流的速度，該GPU解決了計算密集型數學問題，而CPU有效地輔助了任務。

    由OLCF的Dmitry Liakh開發(fā)的庫，用于在多核CPU和GPU上執(zhí)行張量代數運算，從而使團隊能夠利用Summit的全部功能，再加上IBM系統(tǒng)每個節(jié)點512 GB的內存，提高了仿真速度，與純CPU的版本想，速度增加了兩倍。

    “可以在ORNL的Summit上運行的模擬實驗證明了下一代等量子體系結構的有效性，這表明該實驗室長期以來一直在加速計算創(chuàng)新，并證明了經典超級計算機在實現量子計算潛力方面的必要性，” ORNL聯合實驗室 計算與計算科學總監(jiān)Jeff Nichols說。

    ORNL的Titan是首個利用GPU的功能的領導力計算系統(tǒng)，使其能夠在2012年首次亮相，并一直保持到2018年全球功能最強大的十大系統(tǒng)之一。Titan的成功促成了Summit的發(fā)展， 擴展將推動Frontier的設計，該產品將于2021年交付時成為美國首批百億億級計算機之一。