近日，富士通和RIKEN宣布，已在RIKEN RQC-富士通合作中心成功開(kāi)發(fā)出新型64量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。

2023年3月，RIKEN 以及富士通等聯(lián)合研究合作伙伴聯(lián)盟首次向公眾展示了日本第一臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，而這次的第二臺(tái)新型量子計(jì)算機(jī)也利用了相關(guān)技術(shù)。 富士通和RIKEN還推出了混合量子計(jì)算平臺(tái)，該平臺(tái)將新開(kāi)發(fā)的64量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力與富士通開(kāi)發(fā)的世界上最大的40量子比特量子計(jì)算機(jī)結(jié)合。從2023年10月5日起，富士通和理化學(xué)研究所將為與他們進(jìn)行聯(lián)合研究的公司和研究機(jī)構(gòu)提供新平臺(tái)，以加速量子化學(xué)計(jì)算和量子金融算法的研發(fā)。

RIKEN RQC-富士通合作中心開(kāi)發(fā)的量子計(jì)算機(jī)（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

新的混合量子平臺(tái)可以輕松地將含噪聲中等規(guī)模量子計(jì)算機(jī)（NISQ）的計(jì)算結(jié)果與量子模擬器的精準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比較，有助于加速量子應(yīng)用中容錯(cuò)算法的性能評(píng)估等領(lǐng)域的研究發(fā)展。

富士通和理化學(xué)研究所正開(kāi)發(fā)一種混合量子算法，將超導(dǎo)量子計(jì)算與高性能計(jì)算（HPC）聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)將量子計(jì)算機(jī)與在 HPC 上運(yùn)行的量子模擬器連接起來(lái)，富士通和 RIKEN 成功開(kāi)發(fā)了一種混合量子算法，該算法能夠比傳統(tǒng)算法 (CCSD(T))更準(zhǔn)確地進(jìn)行量子化學(xué)計(jì)算。兩家公司計(jì)劃將該算法納入到新平臺(tái)中。

未來(lái)，富士通和RIKEN將共同推動(dòng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，包括實(shí)現(xiàn)1000量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，以及實(shí)現(xiàn)更精確的量子門(mén)操作的技術(shù)。

富士通和RIKEN將通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)一步為客戶提供量子計(jì)算和量子模擬資源，用于金融和藥物發(fā)現(xiàn)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并通過(guò)聯(lián)合研究推動(dòng)量子應(yīng)用的研發(fā)進(jìn)展，以加速量子計(jì)算硬件和軟件的實(shí)際應(yīng)用。

引領(lǐng)實(shí)用量子計(jì)算時(shí)代

近年來(lái)，各種量子計(jì)算的技術(shù)架構(gòu)一直在高速發(fā)展。然而，使用量子計(jì)算機(jī)求解可靠的計(jì)算結(jié)果仍然是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)，因?yàn)楫?dāng)前的 NISQ 系統(tǒng)仍然會(huì)因周圍環(huán)境的噪聲影響而出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。

專家預(yù)計(jì)，還需要十年或更長(zhǎng)時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)實(shí)用的容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)（FTQC），來(lái)提供可靠、準(zhǔn)確的結(jié)果。一旦FTQC可用，就要同步開(kāi)發(fā)量子應(yīng)用以便落地量子計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。

量子模擬器可以數(shù)字化模擬量子計(jì)算，為實(shí)用、容錯(cuò)的量子計(jì)算的發(fā)展提供重要的橋梁。

與當(dāng)前的量子計(jì)算機(jī)不同，量子模擬器可以執(zhí)行精準(zhǔn)的大規(guī)模（類量子）計(jì)算，因?yàn)樗鼈儾灰蕾囉谌菀壮鲥e(cuò)的量子比特。

然而，由于量子模擬器僅以數(shù)字化再現(xiàn)經(jīng)典計(jì)算機(jī)上的量子計(jì)算，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)量子加速，而這正是實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的預(yù)期優(yōu)勢(shì)。

為了解決這些問(wèn)題，富士通和RIKEN推出了一種新混合量子計(jì)算平臺(tái)，該平臺(tái)結(jié)合了超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)和量子模擬器的優(yōu)點(diǎn)，有助于進(jìn)一步使用RIKEN RQC-富士通合作中心開(kāi)發(fā)的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，并開(kāi)發(fā)新的量子應(yīng)用。

關(guān)于新型64量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)

新的混合量子計(jì)算平臺(tái)中使用了新型64量子比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，它采用了 RIKEN 于2023年3月宣布的日本第一臺(tái)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)，這是日本文部省發(fā)布的量子飛躍旗艦計(jì)劃的一部分，由 RIKEN RQC-富士通合作中心與日本電報(bào)電話公司 (NTT) 合作開(kāi)發(fā)。該計(jì)算機(jī)包括一個(gè)集成的64個(gè)超導(dǎo)量子比特芯片（量子計(jì)算機(jī)計(jì)算功能的核心元件），并使用類似于 RIKEN 量子計(jì)算機(jī)的垂直布線方案，使其具有可擴(kuò)展性，從而適應(yīng)未來(lái)的擴(kuò)展。它進(jìn)一步利用NTT構(gòu)建的量子比特控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)量子比特的高精度控制。理想情況下，新型超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)能夠計(jì)算多達(dá)264個(gè)量子疊加態(tài)和糾纏態(tài)，這有望實(shí)現(xiàn)經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以實(shí)現(xiàn)的大規(guī)模計(jì)算。

混合量子算法研發(fā)

富士通和理化學(xué)研究所正在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)連接量子計(jì)算和高性能計(jì)算的混合量子算法，為解決各行業(yè)的問(wèn)題做貢獻(xiàn)。作為當(dāng)前聯(lián)合研究的一部分，雙方開(kāi)發(fā)了一種混合量子算法，其中量子模擬器執(zhí)行量子計(jì)算機(jī)算法的部分計(jì)算。

該算法利用量子算法和密度矩陣嵌入理論（DMET）實(shí)現(xiàn)大分子的高精度計(jì)算，DMET是一種將大分子分割成多個(gè)小片段的量子化學(xué)計(jì)算方法。富士通和RIKEN將該算法應(yīng)用于H12分子（由12個(gè)氫原子組成的鏈狀分子）基態(tài)能量的計(jì)算，并將其與基于AI的量子計(jì)算校正技術(shù)相結(jié)合，以減輕量子計(jì)算機(jī)中噪聲的影響。通過(guò)這種方式，富士通和RIKEN首次證實(shí)可以比現(xiàn)有經(jīng)典算法（CCSD(T)）以更高的精度進(jìn)行能量計(jì)算。

未來(lái)，除了在新的混合量子計(jì)算平臺(tái)上提供這項(xiàng)技術(shù)外，富士通還將致力于實(shí)現(xiàn)計(jì)算工作負(fù)載代理，這是一種基于AI的軟件平臺(tái)，可以自動(dòng)從不同的計(jì)算資源和算法中進(jìn)行選擇，為客戶的問(wèn)題提供最佳解決方案。

關(guān)于新的混合量子計(jì)算平臺(tái)

新平臺(tái)利用亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供的AWS Lambda 等云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)為可擴(kuò)展的云架構(gòu)。利用通用 API ，它為與富士通和 RIKEN 合作的公司和研究機(jī)構(gòu)提供了量子計(jì)算機(jī)和量子模擬器的無(wú)縫訪問(wèn)環(huán)境。 雙方預(yù)計(jì)，新平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算和量子模擬之間的靈活切換，這對(duì)于開(kāi)發(fā)同時(shí)使用經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的混合算法來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，例如用于量子化學(xué)中分子能量計(jì)算的變分量子本征求解器（VQE）算法或金融領(lǐng)域的量子機(jī)器學(xué)習(xí)算法。富士通和理化學(xué)研究所期望新平臺(tái)將來(lái)能夠鏈接到外部量子化學(xué)計(jì)算庫(kù)。

混合量子計(jì)算新平臺(tái)概述（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

未來(lái)計(jì)劃

富士通和 RIKEN 將繼續(xù)在 RIKEN RQC-富士通合作中心聯(lián)合開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)具有1,000個(gè)量子比特的大型量子計(jì)算機(jī)，并將通過(guò)新的混合量子平臺(tái)提供聯(lián)合開(kāi)發(fā)的技術(shù)。

RIKEN和富士通將加強(qiáng)在量子計(jì)算機(jī)實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面的合作，推動(dòng)量子計(jì)算模擬技術(shù)以及量子計(jì)算與HPC協(xié)同的軟件技術(shù)的研發(fā)。

富士通一直與富士膠片株式會(huì)社、東京電子有限公司、日本瑞穗金融集團(tuán)和三菱化學(xué)集團(tuán)公司進(jìn)行聯(lián)合研究，利用量子模擬器開(kāi)發(fā)開(kāi)創(chuàng)性的量子應(yīng)用。

未來(lái)，富士通與理化學(xué)研究所將合作利用新的混合量子平臺(tái)加速與各公司、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的聯(lián)合研究，并擴(kuò)大對(duì)材料、金融和藥物發(fā)現(xiàn)等各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際混合量子應(yīng)用的探索。

富士通聯(lián)合研究伙伴的評(píng)價(jià)

富士膠片株式會(huì)社分析技術(shù)中心高級(jí)研究科學(xué)家 Yukihiro Okuno 評(píng)論：

“我們預(yù)計(jì)量子計(jì)算機(jī)的超快計(jì)算能力能夠?qū)崿F(xiàn)前所未有的高精度化學(xué)計(jì)算，這將為材料開(kāi)發(fā)做出巨大貢獻(xiàn)。富士膠片將利用新的混合量子計(jì)算平臺(tái)來(lái)研究噪聲對(duì)當(dāng)前量子計(jì)算結(jié)果的影響。我們還將繼續(xù)通過(guò)量子計(jì)算的應(yīng)用來(lái)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新材料?！?/p>

東京電子有限公司數(shù)字設(shè)計(jì)中心副總裁 Tsuyoshi Moriya 評(píng)論：

“在計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域，量子計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的高精度計(jì)算。作為利用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行半導(dǎo)體制造工藝開(kāi)發(fā)和材料開(kāi)發(fā)的可行性研究的一部分，東京電子正在進(jìn)行這項(xiàng)聯(lián)合研究?！?/p>

日本瑞穗金融集團(tuán)財(cái)務(wù)工程師Kazuya Kaneko評(píng)論：

“量子電路器件和大規(guī)模量子電路模擬器對(duì)于量子應(yīng)用和糾錯(cuò)算法的性能評(píng)估和演示研究至關(guān)重要。通過(guò)這項(xiàng)聯(lián)合研究，我們的目標(biāo)是建立金融工程和數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)，最終目標(biāo)是在社會(huì)中實(shí)施量子計(jì)算?！?/p>

三菱化學(xué)集團(tuán)公司科學(xué)與創(chuàng)新中心材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)首席科學(xué)家高奇評(píng)論：

“發(fā)現(xiàn)新材料和新藥物的傳統(tǒng)方法極其昂貴且耗時(shí)。為了縮短科學(xué)發(fā)現(xiàn)的周期，我們正在推廣一種新的研發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠利用量子計(jì)算機(jī)快速、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)特性。我們正在與富士通進(jìn)行聯(lián)合研究，旨在未來(lái)將大規(guī)模量子計(jì)算與其他新興技術(shù)相結(jié)合，在材料和藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新?！?/p>

編譯：卉可

編輯：慕一

特此說(shuō)明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)。 —— end——