東京2022年4月8日 /美通社/ -- 富士通近日宣布，已經成功開發出全球最快的量子計算機模擬器，并運行在富士通 PRIMEHPC FX 700^[1]超級計算機集群系統上，能夠處理36量子位的量子電路。該系統配備了與全球最快超級計算機“富岳（Fugaku）”一樣的A64FX^[2] CPU。

新開發的量子模擬器能夠以高速并行的方式運行量子模擬器軟件“Qulacs^[3]”，其性能約為業內其它主流量子模擬器^[4]的(de)(de)兩倍。富(fu)士通(tong)的(de)(de)新(xin)量(liang)子模擬器(qi)將成為開發量(liang)子計算(suan)應用(yong)的(de)(de)重要橋梁，使(shi)得這些(xie)應用(yong)在未來幾年(nian)內能夠投(tou)入實際使(shi)用(yong)。

基于這一里程碑式的突破，從2022年4月1日起，富士通與富士膠片公司^[5]（以下簡(jian)稱富士膠片）將(jiang)圍繞量(liang)子(zi)計算在(zai)材料科學領(ling)域的(de)應用展開聯合(he)研(yan)究。

展望(wang)未(wei)來(lai)，富士(shi)通將進一步(bu)加快量子計(ji)算(suan)(suan)機開發(fa)的(de)步(bu)伐，力爭在(zai)2022年(nian)9月前(qian)開發(fa)出40量子位(wei)模擬器(qi)，并(bing)與來(lai)自金(jin)融、藥物研(yan)發(fa)等領(ling)域的(de)客(ke)戶一起展開量子計(ji)算(suan)(suan)應用的(de)聯合研(yan)發(fa)。

富士通首席執(zhi)行(xing)官、首席技術(shu)官Vivek Mahajan表示(shi)：“我們(men)(men)正站在計(ji)(ji)算(suan)技術(shu)新(xin)時代的(de)(de)(de)邊緣(yuan)。得益于數(shu)十年來(lai)在計(ji)(ji)算(suan)技術(shu)領域積(ji)累的(de)(de)(de)領先專業知(zhi)識，富士通成功開發了(le)(le)全(quan)球(qiu)最快(kuai)的(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)模擬器。我們(men)(men)還將這些知(zhi)識用于與日本理(li)化學研(yan)究(jiu)所（RIKEN）合作設計(ji)(ji)的(de)(de)(de)超級計(ji)(ji)算(suan)機(ji)‘富岳(yue)’，并在過(guo)去兩年里保持(chi)了(le)(le)全(quan)球(qiu)最快(kuai)超級計(ji)(ji)算(suan)機(ji)的(de)(de)(de)稱號。展(zhan)望未來(lai)，我們(men)(men)的(de)(de)(de)目(mu)標是利用新(xin)的(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)模擬器為(wei)(wei)我們(men)(men)的(de)(de)(de)客戶加(jia)速開發量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)相關應用，并通過(guo)解決社會面臨的(de)(de)(de)一系列課(ke)題與挑(tiao)戰，為(wei)(wei)可持(chi)續發展(zhan)的(de)(de)(de)世界做出更多積(ji)極的(de)(de)(de)貢獻。”

全新36量子位量子模擬器提供全球最快的處理速度

富(fu)士通開發(fa)了分布式并(bing)行(xing)(xing)量子(zi)模擬器，并(bing)運行(xing)(xing)在富(fu)士通PRIMEHPC FX 700超級(ji)計算機上的(de)64節點集(ji)群系統。

PRIMEHPC FX 700配備了與超級計算機“富岳”相同的A64FX CPU，在雙精度浮點運算中可以實現3.072 TFLOPS的理論峰值性能。它還配備了32GB內存，每秒1,024 GB的高帶寬，通過InfiniBand^[6]連接各節點的速(su)度為每秒12.5GB。

新的量子模擬器采用了“Qulacs”軟件，它是由大阪大學^[7]和QunaSys公司^[8]開發的全球最快的量子模擬器軟件之一，在移植到A64FX時，通過使用SVE（可伸縮矢量擴展）指令^[9]同時執行(xing)多個計(ji)算，使內存帶(dai)寬的性能(neng)達(da)到最大化。

MPI（信息傳遞接口）^[10]實(shi)現(xian)了Qulacs的分布式并(bing)行運(yun)(yun)行，并(bing)通過重疊(die)計算(suan)和通信實(shi)現(xian)了數據傳輸，使網絡帶寬最大化。富士(shi)通還(huan)開(kai)發(fa)了一(yi)種新的方法，能夠(gou)根(gen)據量(liang)子(zi)(zi)(zi)電(dian)路及(ji)其運(yun)(yun)算(suan)進程(cheng)，對(dui)部署(shu)在集(ji)群分布式存(cun)儲器中的量(liang)子(zi)(zi)(zi)位狀(zhuang)態進行重新安排，從而進一(yi)步降(jiang)低通信成(cheng)本。除了“Qulacs”之外，新系統還(huan)能與其他量(liang)子(zi)(zi)(zi)模(mo)擬軟件兼容。

富士通量子模擬器使用了Qiskit^[11]為量子軟件開發者提供了高度便利的開發環境，后者是當前量子計算機軟件的主要開發工具之一。通過與QunaSys^[12]公司的合作，富士通計劃在新的量子模擬器上提供量子化學計算軟件Qamuy^[13]，為執行各種高(gao)速量子化學計算(suan)提(ti)供資源支持。

與富士膠片的聯合研究項目概要

此外，富(fu)(fu)士(shi)通和(he)富(fu)(fu)士(shi)膠片將圍(wei)繞計算(suan)化學領域的量(liang)子應(ying)用展開聯合研(yan)究，共(gong)同開拓創新(xin)材(cai)料的設計方法(fa)。該(gai)聯合研(yan)究將利用富(fu)(fu)士(shi)通新(xin)開發的量(liang)子模(mo)擬器，研(yan)究和(he)評估分(fen)子化學反應(ying)計算(suan)中量(liang)子計算(suan)的具體算(suan)法(fa)。

1. 研究時間：2022年4月1日至2023年3月31日
2. 研究目的：計算化學中的量子計算技術運用
3. 研究內容：研究和評估量子計算在分子化學反應中的具體算法等。
4. 角色與責任：

• 富士通：
• 提供量子模擬器，分析計算結果，研究改進方法
• 富士膠片：
• 量子化學計算的實施，分析計算結果，研究改進方法

未來計劃

展(zhan)望未來，富(fu)士(shi)通(tong)將(jiang)繼續致力于技(ji)術的(de)(de)改進，包括其(qi)量(liang)(liang)子(zi)(zi)門(men)融(rong)合技(ji)術，該技(ji)術能夠同時進行(xing)多個量(liang)(liang)子(zi)(zi)門(men)的(de)(de)計算(suan)(suan)，以實(shi)現(xian)更大(da)規模(mo)(mo)和(he)更高速(su)度的(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)模(mo)(mo)擬(ni)器(qi)。富(fu)士(shi)通(tong)的(de)(de)下一個目標是在2022年9月(yue)前開(kai)發出(chu)40量(liang)(liang)子(zi)(zi)比特模(mo)(mo)擬(ni)器(qi)，并應用于金融(rong)和(he)藥(yao)物研發領域。富(fu)士(shi)通(tong)將(jiang)把其(qi)在量(liang)(liang)子(zi)(zi)模(mo)(mo)擬(ni)器(qi)上積累的(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)應用知識(shi)運用到量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)(suan)機的(de)(de)開(kai)發當中，旨在利用量(liang)(liang)子(zi)(zi)技(ji)術盡快解(jie)決各類(lei)社會(hui)課題(ti)。

大阪大學基礎工學研究科 藤井啓祐教授的評論：

使用超級計算機的(de)高(gao)速模擬器在量(liang)子(zi)軟(ruan)件和量(liang)子(zi)應用方面正變得越來越重要。Qulacs是全球開(kai)發者使用的(de)開(kai)源軟(ruan)件，與超級計算機“富(fu)岳”的(de)核心(xin)技術相(xiang)(xiang)結(jie)合，實現了全球最快的(de)量(liang)子(zi)模擬器，我(wo)們相(xiang)(xiang)信這(zhe)將大大加快未(wei)來量(liang)子(zi)軟(ruan)件的(de)發展。

富士膠片分析技術中心高級研究員奧野幸洋的評論：

量子計(ji)(ji)算(suan)(suan)機能(neng)夠在計(ji)(ji)算(suan)(suan)化學領域進行高度(du)精確的計(ji)(ji)算(suan)(suan)，這是傳統計(ji)(ji)算(suan)(suan)機無法做到的。富士膠片將展開這項聯合研究，以作(zuo)為將量子計(ji)(ji)算(suan)(suan)機應用于材料(liao)科學的可行性研究。

注釋：

^[1] PRIMEHPC FX 700

由富士通生(sheng)產的超(chao)(chao)級(ji)計算機，采(cai)用(yong)高性能ARM架構，配備了與超(chao)(chao)級(ji)計算機“富岳”中使(shi)用(yong)的同(tong)款CPU A64FX。

^[2] A64FX

全球首個實現可伸縮矢量(liang)擴(kuo)展(zhan)（SVE）的(de)(de)(de)處(chu)理(li)器，它是用于超級計算機的(de)(de)(de)Armv8.2-A指令集(ji)架構的(de)(de)(de)擴(kuo)展(zhan)。A64FX有48個操作核(he)心，為雙精度(du)浮(fu)點運(yun)算提(ti)供最大3.3792 TFLOPS的(de)(de)(de)理(li)論峰值性能。此外(wai)，單精度(du)/半精度(du)浮(fu)點運(yun)算和8位/16位整數(shu)運(yun)算可以(yi)通過512位寬度(du)的(de)(de)(de)SIMD進行高吞吐(tu)量(liang)的(de)(de)(de)運(yun)算，非常適(shi)用于人工智能和其他處(chu)理(li)任務。

^[3] Qulacs

主要由大阪大學工程科學研究生院藤井實驗室開發的開源量子電路模擬軟件；由QunaSys公司負責新功能開發和維護。(論文)

^[4] 其他主流量子模擬器

英特爾量子模擬器（Intel-QS）

德國于利希研究中心的“JUQCS”

IBM的Qiskit-Aer

^[5] 富士膠片公司

總(zong)部：日(ri)本東京(jing)港(gang)區；總(zong)裁兼(jian)首席執行官：後藤禎一(yi)

^[6] Infiniband

一(yi)種主要用于服務器互聯的(de)超級計算機(ji)網絡。它提供(gong)一(yi)個雙(shuang)向(xiang)的(de)串行連接通(tong)信系統，能夠通(tong)過使用捆(kun)綁的(de)多個通(tong)道實現(xian)高速(su)帶寬。

^[7] 大阪大學

地址：日本大阪府吹田市；校長：西尾章治(zhi)郎

^[8] QunaSys有限公司

總部：日本東京文京區；首席執行官：Tien Yang

^[9] SVE（Scalable Vector Extension）指令

一種CPU指令，用一條指令并行執行多(duo)個操(cao)作(zuo)。

^[10] MPI（信息傳遞接口）

通(tong)信API，用于編寫并行計(ji)算機。

^[11] Qiskit

由IBM開發的量子軟件開發工具，并作(zuo)為開源代(dai)碼公布。

^[12] 與QunaSys的合作

“量子計算機創業公司QunaSys獲得12.4億美元的B輪融資”（2022年3月28日QunaSys新(xin)聞稿）

^[13] Qamuy

由(you)QunaSys提供的量子(zi)化(hua)(hua)(hua)學計(ji)算軟件。量子(zi)化(hua)(hua)(hua)學計(ji)算的輸入被轉化(hua)(hua)(hua)為(wei)量子(zi)電路，可以無縫在模(mo)擬器或實際機器上進(jin)行計(ji)算。

本稿件為富士通株式會社新聞稿摘錄，原稿件發布于2022年3月30日，鏈接：
//www.fujitsu.com/global/about/resources/news/press-releases/2022/0330-01.html

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