內容來源：量子前哨（ID：Qforepost）

文丨浪味仙??排版丨沛賢

深度好文：1900字丨7分鐘閱讀

摘要：芬蘭技術研究中心（VTT）與?CSC?展開合作，基于量子計算機+超算架構進行算法開發。芬蘭的戰略，就是力求在不遠的將來展示更多量子優勢的用例，在世界舞臺上有所作為。

在量子計算機領域，當前一個主流觀點是，一旦量子計算機規模足夠，且計算結果可靠，能夠真正解決現實問題，屆時它的最佳定位，就是作為超算的加速器。目前已經開發出的幾種量子算法，都是基于這種架構來運行，包括大名鼎鼎的肖爾算法。

近日，芬蘭技術研究中心（VTT）與 CSC 展開合作，基于量子計算機+超算架構進行算法開發。CSC 是芬蘭一家非營利性國有企業，作為國家研究體系的一部分，歐洲最快的超級計算機?LUMI?就運行在這里。

VTT 和 CSC 不斷將性能越來越強大的量子計算機與超算 LUMI 相連，支持用戶測試和開發基于量子+經典混合架構的算法：由經典計算機存儲并執行大部分算法，特定步驟則交由量子計算機完成，最后讀取結果。一些大學和研究機構已經開始使用混合架構來解決復雜的計算問題。

芬蘭技術研究中心（VTT）的第一臺量子計算機，推出于 2021 年，包含 5 個量子比特。兩年后的 2023 年，量子比特數提升到 20，下一個目標是在 2024 年達到 50 個量子比特。

2021年推出的 5 量子比特量子計算機（圖片來源：網絡）

“這有點像是未來的預演。”VTT團隊的量子算法和軟件開發負責人Ville Kotovirta說：“它催促開發超級計算機算法的人開始思考，當更強大的量子計算機與經典計算機一起工作時，他們還能夠做什么。現在，他們可以在量子計算機+超算的架構組合中來練習算法編寫。”

芬蘭技術研究中心（VTT）是歐洲第一個建立量子計算機+超算混合架構的公司，不過更多機構正在效仿。2023 年 6 月，歐洲高性能計算聯合企業（European HPC），選擇了歐盟（EU）的6個地點（捷克，德國，西班牙，法國，意大利和波蘭），來部署首批超算+量子計算機架構。

身為 VTT團隊量子算法和軟件開發的負責人，Ville Kotovirta 還需要承擔招聘工作，但這并不容易：當地對量子計算感興趣的那些畢業生，過于缺乏實際經驗；有經驗且身在芬蘭的人，大多都已有合適工作；而在芬蘭以外地區的合適人才，并不愿意搬到氣候寒冷的地方工作。只有極少數的行業熱愛者，甘愿克服這種種困難。

“我們都在學習，因為這是一個新領域，而且它一直在變化。”Kotovirta說：“有新的發明、新的平臺、新的設備、新的算法和新的編程方式，為了緊跟技術進步，我們嘗試聘請更多的數學家、物理學家和計算機科學家。”

Kotovirta的團隊正在為混合架構開發幾種類型的算法。

一個是優化問題，稱為二次無約束二元優化 （QUBO），可以使用量子退火或量子近似優化算法 （QAOA） 來解決。目前已經建立了量子算法來分析圖數據、識別網絡的社區結構。

另一個是開發量子化學算法，重點是降低分子哈密頓量的復雜性，以改進分子的模擬。同樣，他們正在研究合成生物學，希望能夠發現具有某些理想特征的新蛋白質。

還有一個重點領域是量子機器學習，尤其是量子生成機器學習，即能夠從現有數據中學習以產生新樣本的模型。

“大多數人都聽說過‘虛假人工智能’背景下的生成式人工智能，它被用來創建欺詐類型的圖像、文本和聲音。”Kotovirta說：“這些相同的技術可以應用于科學，從已經存在的東西中學習以創造新的東西。我們正在尋找通過量子計算改進這些技術的方法，以合成新的蛋白質。”

“最困難的部分，是證明量子計算機比經典計算機更有優勢。”Kotovirta說：“現在的量子計算機是經過驗證的計算機，它們可以進行真實的計算并解決真正問題。”

從這個角度來看，量子計算機已經在解決實際問題，只不過與經典計算機相比，效用還不明顯。要想讓量子計算機比經典計算機更有效地解決問題，就要提高量子比特的保真度。

保真度是指量子計算機中單個量子比特運算的成功率：保真度越高，整體計算的成功率就越高。目前，我們正處于一個嘈雜的中尺度量子（NISQ）設備時代，這表明量子計算機已經可以模擬經典計算機難以模擬的東西。但到目前為止，效用還稱不上明顯，以至于量子計算機還不能解決更多的實際問題。

“隨著保真度的提高，我們正在接近效用規模算法、效用規模量子計算的時代。”Kotovirta表示：“當保真度足夠高，它就能為我們提供經典計算機無法實現的結果，但也只是在特定的用例中。”

例如，一些算法可用于模擬與材料科學或化學相關的量子系統，在這些特定的用例中，就可以展示出量子計算的優勢。芬蘭的戰略，就是力求在不遠的將來展示更多量子優勢的用例，在世界舞臺上有所作為。

小國要與大經濟體競爭并不容易，但依然有可能找到一個細分市場，從而在全球范圍內的一個或多個特定領域做出貢獻。

“在這方面，我們正在做正確的事情。”Kotovirta 表示：“希望我們將來能繼續這樣做。”

參考資料：

1、https://www.enccb.be/sites/www.enccb.be/files/2023-11/LUMI-BE-UserDay2023-Josephine_Wood.pdf

2、https://www.computerweekly.com/feature/Finland-develops-quantum-algorithms-for-the-future

3、https://interestingengineering.com/innovation/supercomputer-connected-to-a-quantum-computer