量子世界中的超級運算

Posted on September 1, 2021 by Gento

可以在這裡，也可以在量子領域中看到一級研究型超級運算。  本篇Raritan部落格探索處理量子位元而非一般位元組設備的發展。  

在本部落格近期一篇名為部署高密度機架型電源支援高等教育中的HPC的貼文中，我們探討了一級研究型大學（Research I universities） 在部署支援HPC與超級運算之高密度資料中心應用時所面臨的挑戰。高性能運算（High Performance Computing，HPC）設備在功率容量需求方面處於頂端，有些接近每個機架50-70 kW的範圍，但其對備援的需求則處於階層等級的下層。此等設備通常著重於應用運算能力來解決最好是透過涉及資料位元的統計或可排列的大量數值計算等方式求解的數學研究問題。  

轉向量子世界  

如果您試圖解決的問題在本質上不是那麼的具體時該怎麼辦？如果您研究的關注點位於次原子或量子領域，而且二進位I及Ｏ方式無法滿足您工作的需要時該怎麼辦？近期在 《自然》期刊中發表並經由科學新聞網站 SciTechDaily隨手摘要的一項研究中，來自麻省理工學院及哈佛的研究團隊利用能以每秒256量子位元（qubits）處理指令的電腦，突破次原子世界的極限。  

對於還記得256K是何時突破的讀者來說，準備好讓您的頭腦更加混亂。  

量子位元是建構塊的名稱，量子電腦在其上進行處理工作。如同HPC或超級電處理以I和O表示的資料位元組或開和關，量子電腦使用量子位元，可以把它想成是有維度的位元組。不同於單純的一個I或一個O，一個量子位元可以理解為同時存在於多個狀態及位置的I和O。  

由於量子世界的問題以我們對物質的理解為中心，因此最好根據您對原子的瞭解看待本範例中的I和O。原子可以帶正電或負電，且能朝特定方向移動。在試圖理解一個量子位元時，想像您的I帶正電且您的O以東北向量旋轉。一個量子位元表達所有這些同時發生的事情，而一台量子電腦可提供當所有I和O碰撞時對物質預測狀態的投射及分析。難以理解，是嗎？  

大躍進  

最重要的是（並對我們剛剛冒犯的任何量子物理學家致歉），就字面上及象徵性而言，量子位元是運算及處理上的大躍進。就技術上而言，它們超級領先，而且處理前景取得了包括Google及Microsoft在內最大超大規模企業的重視與支持。它們是研究院士很快將會在其運算叢集提供之結果的情境中，使用諸如「相干態（coherent state）」、「相物質」及「平衡（equilibrium）」等用語的原因。  

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