戴尔在量子计算领域创新与实践并行

遇事不决，量子力学；脑洞不够，平行宇宙。相信你一定刷到过“量子力学”的梗，这种看似很遥远的科技常常被人认为是一种故弄玄虚的骗人手段，例如：量子针灸、量子阅读、量子袜子等等，“量子+生活”产品几乎都是为了营销而做出的噱头。

不过也不必抱有有偏见，真正的量子技术，往往是推动人类科技进步的重要手段，例如芯片技术和超导材料，这些已经应用到现实生活中的量子技术为各科研领域带来了颠覆性的跨越。

戴尔科技集团在量子计算领域有哪些创新与实践？欢迎关注分享。

贾真博士

戴尔科技集团首席技术官办公室

中国研究院总监

目前量子科技的研究，主要还集中在量子通信、量子计算和量子精密测量等领域，一旦实现技术性突破，将会极大的推动人类科技的进步，这其中，量子计算（Quantum Computing）作为一项颠覆性的新兴技术，正在得到科技界的广泛关注。

量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式，即利用量子叠加和纠缠等物理特性，以微观粒子构成的量子比特为基本单元，通过量子态的受控演化实现计算处理。量子计算最主要的价值可以归纳为两点：提升算力+降低能耗。

●提升算力：量子计算的核心优势是可以实现高速并行计算。量子的并行性决定了其可以同时对2n个数进行数学运算，相当于经典计算机重复实施2n次操作。当量子比特数量越大时，这种运算速度的优势将越明显。经典计算机在它面前就像是手打的算盘一样。

●降低能耗：量子计算的另一核心优势是低能耗。量子计算中，输入多少组数据，输出依旧是多少组数据，计算过程中数据量没有改变，因此计算过程没有能耗。这也就意味着，只有在最后测量的时候产生了能耗。

戴尔科技集团首席技术官（CTO）John Roese认为：

“

首先，量子计算不是一个新概念。这里没有黑科技，这些都是我们在物理学层面解开宇宙奥秘的东西，我们发现量子力学和围绕它存在的技术其实是非常有用的。量子环境中存在某些特性，具体来说就是当你把一块物质激发到一定程度的时候，它的行为方式是不寻常的，它可以同时存在于很多状态，而不是像在二进制世界里，它是一个1或一个0。

”

“量子技术是非常真实的存在，它在物理世界中是有真实基础的。但是到目前为止，业界还没有开发出大规模的量子系统。”戴尔科技集团首席技术官（CTO）John Roese同时预测，“可能还要三到五年的时间，我们才能真正看到有用的量子计算，而真正产生广泛的行业颠覆恐怕要在十年之后。”

今天我们已经看到量子计算在某些领域展现出其自身巨大的能量，比如量子计算的编码学和密钥管理，将对密码学产生重要影响。不过在John Roese眼中，量子计算并不是对现有计算模式的颠覆，而是一种积极有效的补充。

量子计算的特长在于某些复杂数学函数的计算，其速度远远超出常规计算，这是因为它采用了完全不同的运行范式。“量子计算并不是一种替代，而是一种补充和加速。”John Roese重申，“我们必须做三件事才能使量子计算更加可行。第一，我们要定义和架构一个可行的量子计算系统。第二，必须确保构建的任何架构都能存在于现实世界中。第三，如何对这些东西进行编程，因为它看起来一点也不像传统的计算机。”

量子计算时代的信息安全也许是一个永恒的话题，但是在2021年到2022年间，与量子计算相关的最大热点却另有所在。事实上，在公有云，以及一些企业实验室的数据中心私有云环境中，量子系统的开发者正热衷于学习如何在量子环境中进行应用开发的模拟，以及在模拟系统中如何进行量子计算仿真。

对于量子计算来说，目前人们关心的关键问题不在于是否会马上有成熟可靠的量子计算机，而是开发者将如何获得量子计算的早期测试系统，或是量子计算模拟器。这样一来，当量子计算机时代真正到来时，开发者就可以凭借已经掌握的相关技能，快速进行编程以及应用开发。

作为全球领先的IT基础架构公司，戴尔科技集团也积极布局量子计算，保持领先技术优势，推出了混合量子仿真平台以及量子与经典计算的混合系统。

戴尔科技集团

“混合”量子仿真平台

戴尔科技集团在2021年9月发布了由其首席技术官办公室研究团队开发的用于运行“混合”量子算法的仿真平台，该平台提供了在经典计算硬件上运行量子算法的快捷方式。

仿真平台所基于的戴尔科技PowerEdge R740xd服务器拥有两个来自英特尔第二代至强可扩展芯片系列的中央处理器，同时配备多达 24 个用于存储数据的高速NVMe闪存驱动器，而部分信息也可保存在英特尔的 Optane DC 持久性内存（Persistent Memory）上。

戴尔科技混合经典/量子仿真平台架构图

戴尔科技集团首席技术官办公室将其开发的平台称之为混合仿真平台而不是模拟器，其区别与量子计算机的构建方式有关。大多数量子系统不仅具有量子线路，还具有一个或多个经典处理器（例如 CPU），可帮助运行算法。模拟器通常只是复制系统的量子线路。

相比之下，像戴尔科技集团首席技术官办公室开发的全新仿真平台，提供了一个更真实的开发环境，可以重新创建量子计算机的量子计算元素以及经典计算元素。戴尔科技集团的混合仿真平台允许用户在自己的经典计算资源上使用 Qiskit Runtime，无论是新用户还是成熟的量子开发人员都能更容易、更高效地构建和完善他们的算法。通过戴尔科技集团首席技术官办公室研究团队的开发测试，该混合仿真平台的主要优势包括：

●快速设置：该平台在云原生平台（如Kubernetes）上执行经典和量子计算。用户可以轻松地部署到内部（on-premise）基础架构。以前，用户必须通过云提交数据和工作负载进行处理。

●更快的结果时间：每个量子电路不再需要单独执行和排队等待。算法的经典组件与量子资源紧密集成，提高了性能，缩短了开发时间。

●更高的安全性：经典计算，包括数据处理、优化和算法执行，可以在本地执行，提供更高的隐私和安全性，因此数据和工作负载不需要提交给第三方。

●成本效率和选择：通过企业内部部署的基础设施解决方案，可以提供比传统云服务提供商更高的成本效率和效益。此外，该仿真平台在选择量子解决方案时提供了灵活性，因为它也可以使用Qiskit Aer模拟器或其他类似解决方案运行。

戴尔科技集团首席技术官办公室表示，其混合仿真平台允许用户运行量子代码序列或研究人员所熟知的量子线路，比使用其他方法时延迟更少，在同一环境中模拟量子线路和经典电路的能力进一步提高了效率。

戴尔科技集团

混合经典-量子平台

戴尔科技集团首席技术官办公室在2021年11月也宣布与量子计算公司IonQ共同开发测试了一个混合-经典量子平台，该平台能够更好地实现混合经典-量子解决方案。

混合量子-经典平台是一种结合了量子计算机和经典计算机的方法。戴尔科技集团首席技术官办公室预计此类混合平台将为量子计算最先落地的应用，例如为机器学习、优化、量子化学还有其他需要大规模计算的用例，提供强劲计算动力支持。这反过来又使发现量子用例、提高现有团队成员技能以满足未来量子计算需求，以及为客户开发更完整量子解决方案的低成本高效益方法成为可能。

通过该平台，经典和量子模拟工作负载可以在本地执行，而量子工作负载，例如为药理学开发建立更大、更复杂的分子模型，或者复杂的大数据机器学习任务，可以在IonQ的QPU上远程加速执行。

戴尔科技集团在经典基础架构中的优势与IonQ的相干时间、门保真度和规模相结合，使QPU能够解决更复杂的计算问题，允许更好地纠错以减少使用QPU解决问题所花费的时间，也可使IonQ在室温下运行其QPU，支持在已建立的数据中心放置，而无需外部冷却。这些特定的IonQ优势助力客户能够快速评估选择什么方法能够最适合他们的量子计算旅程。

通过戴尔科技集团首席技术官办公室研究团队的开发测试，该混合-经典量子平台的主要优势包括：

●戴尔科技集团的混合经典-量子平台与IonQ的量子模拟和量子处理单元无缝集成。量子工作负载可以通过在戴尔科技集团基础设施上运行的虚拟量子处理单元（vQPU）开发，之后可以无缝迁移到IonQ的远程QPU（量子处理单元）上，减少额外工作量。

●通过IonQ的预留API，每个从戴尔混合-经典量子平台执行的量子电路都不需要在作业队列中等待，可以直接注入IonQ的远程QPU。这一功能极大地提高了性能，以利用真正的QPU硬件。

●通过内部基础架构（on-prem）解决方案可以提高成本效率并保护数据隐私。因此，企业组织也可以更高效地培训量子程序员，并更快地实现业务关键用例。

由以上的介绍可以看到，虽然目前戴尔科技集团不直接开发量子计算平台，但我们与其他业内领先的量子计算创新企业合作，推进混合经典计算与量子计算结合的新策略，协助我们的开发人员更快地进行量子仿真以及高效使用量子计算资源。

戴尔科技集团首席技术官办公室推进的前沿研究也证明了端到端混合经典量子解决方案的能力。随着量子硬件、算法和软件的不断发展，对经典信息系统基础架构的需求将相应地加速和扩展。这只是混合量子经典基础架构的开始，未来也充满了无限的可能性。戴尔科技集团将更加积极拥抱蓬勃发展的量子计算生态。