量子计算虽是一门新兴学科,但是凭借其超强的信息处理能力对各个领域有着致命的吸引力,如金融、医疗、物流、交通运输、航空航天等。这些组织机构想要将该技术集成到自身的业务中,以早期布局,获得先入优势,就目前的形式来看,最佳的选择,便是利用量子计算云服务。

基于云的量子计算可以直接访问仿真器(Emulators)、模拟器(Simulators)和量子处理器(QPU)。云服务供应商还提供了量子计算编程语言、工具开发平台以及相关技术文档,这大大降低了进入该领域的准入门槛。

 

基于云,良策对接

众所周知,部署量子硬件及其操作所需的支撑系统和资源十分昂贵,而且相当的困难。对于那些已经实现并使用量子系统的公司,可以在此基础上构建云平台来实现基于云的量子计算。

而其他公司和研究机构,可以先在自己的计算机上开发量子算法,然后通过量子计算云平台在真实的量子计算机中对这些算法进行测试验证。

量子计算在处理具有多解集的非线性问题方面具有传统计算所无法比拟的优势。例如,多参数非线性问题正面临着研究的瓶颈,如果用经典计算机来解决此类问题,将会花费数年的时间。

而量子计算机则有着巨大的优势,比如谷歌实现的量子优势,在解决一个随机线路问题时以200的时间挑战了超级计算机10000年的算力。由此看来开发必要的量子算法并通过量子计算云平台来进行测试是最明智的选择。

 

工作方式,大同小异

 在此以Rigetti的Forest为例,简要介绍量子计算云服务的工作方式。Rigetti是基于云的量子计算领域的领先初创公司之一,Forest的工作方式如下所示:
国外顶级量子计算云服务盘点-量子客
(Forest工作方式,来源:Rigetti)

 

1、开发人员可以使用他们的经典计算机来连接量子机器映像(Quantum Machine Image,QMI)。QMI是虚拟化的编程和执行环境,旨在通过使用诸如pyQuil之类的工具来开发和运行量子软件应用程序。

2、开发的代码在量子虚拟机(Quantum Virtual Machines,QVM)上执行。QVM是量子计算机的实现,用来测试代码并生成在量子处理器上运行的脉冲(该公司采用了超导量子技术)。

3、量子机器映像从量子处理单元(Quantum Pprocessing Unit,QPU)发送和接收脉冲,量子处理单元基本上是一个包含多个互连量子比特的量子芯片。这些量子比特可以通过使用脉冲进行操作配置。

4、QPU从解决方案集中发送必要的信息,然后由QMI处理并将其发送回经典计算机,返回到用户手里。

 

为什么它如此重要?

尽管量子计算还不够成熟,但如果能够在实现和纠错方面取得进展,便能够在许多领域发挥重要作用。

随着越来越多的成员加入到该领域,这项新技术正在在不断的取得进展和突破,并在商业中得到应用。

借助模拟器可以测试量子编程。基于云的量子计算为量子线路和量子芯片提供了直接接口,从而可以对量子算法进行最终的测试。

量子计算云服务提供了一种能够让人们改进量子计算的方法。企业和学术界可以通过这些云服务使用量子计算机,而不必等待量子计算技术的成熟,或是硬件飞入寻常百姓家时再考虑。并且通过这种方式可以廉价高效的利用资源并降低硬件的应用成本和管理成本。

 

量子云服务,收费初始

当前,大多数公司都在努力扩大量子计算在企业中的吸引力,而不是专注于立即将产品货币化。

IBM Q Experience宣布他们为研究和教育用途提供免费服务。但是,尚无法获得公开信息企业使用产品的确切价格。

当下,唯一公开量子计算云平台收费标准的是亚马逊。亚马逊表示,用户可以按需付费使用亚马逊 Braket服务。其中,Amazon Braket SDK的一部分免费提供了本地模拟器,对于需要高性能计算资源的更大,更复杂的算法(最多34-Qubit),可以将模拟任务提交给Braket服务,使用 Braket模拟器的成本取决于每个模拟任务的持续时间,以每小时的费率计费,以秒为增量,最终以执行模拟所花费的时间做结算。如果使用托管模拟器,Braket模拟器的费用为每小时4.50美元。

除了模拟器平台收费之外,对应的硬件平台也需要付费,最终的费用是全部费用之和,以下是亚马逊Braket量子计算云平台后端硬件供应商不同量子计算机的价格收费标准:

国外顶级量子计算云服务盘点-量子客
图1 | Amazon Braket定价(来源:AWS)
 相关收费案例可至官网查看[2]。
 

 

量子计算云,供应商盘点

微软、IBM、谷歌和亚马逊等科技巨头,还有一些国防工业、专业初创公司和政府组织都在投资量子计算。当科技巨头们在开发自己的量子系统时,他们也在与经验丰富的初创公司合作,以布局自身的生态系统。

以下是一些在世界范围内,得到广泛认可支持的量子计算云服务供应商,他们已经接入了真实的量子计算系统后端:

 

微软Azure Quantum

Microsoft提供用于量子计算开发的QDK工具和Q#量子脚本语言等工具。微软正在与1Qbit、霍尼韦尔、IONQ、QCI合作开发量子计算系统。通过微软Azure Quantum,用户可以访问其合作伙伴开发的量子计算机,如霍尼韦尔、IonQ、Quantum Circuits Inc。微软也在开发自身的量子系统,称为StationQ。其采用的技术栈是具有很好稳定性的拓扑量子比特(Topological Qubit ),当然拓扑量子计算硬件尚未公布和接入。

 

IBM Q Experience

IBM在2016年启动了一个称为IBM Q Network的量子网络。从那时起,IBM便成为量子计算生态系统的先驱之一。对于IBM的量子计算云平台IBM Q Experience,用户可以通过Qiskit(开源量子软件开发套件)在云端访问IBM的量子计算机,当下,合作用户可以访问IBM最高53-Qubit的量子计算机系统。

 

亚马逊 Braket

在2019年底,亚马逊宣布提供量子计算云服务,正式入局量子领域。并于今年8月中旬,宣布其Braket量子计算云平台全面上市,用户通过 Braket可访问D-Wave、IonQ、Rigetti的后端硬件系统。除了运行量子算法,客户还可以使用Braket来设计运行混合算法。

 

Rigetti Forest

Rigetti是一家量子计算初创公司,于2019年12月发布了一款32-Qubit的量子计算机。他们的产品Forest包含用于量子计算的工具套件,包括编程语言,开发工具和示例算法,Forest是世界上第一个用于量子/经典计算的全栈编程和执行环境的云平台。

 

D-Wave Leap

D-wave是第一家提供商用量子计算机的公司,也是为数不多的筹集了超过2亿美元资金的创业公司之一。其新升级的量子计算云平台Leap2集成了多个功能,如混合求解器服务、集成开发人员环境、问题检查器、灵活的访问权限等,为开发人员和企业提供了首创的、全面的环境,用于开发和部署混合量子应用程序。2020年他们宣布,自己的硬件设备可以免费提供给新冠疫情研究者使用。

 

Xanadu Quantum Cloud

今年9月2日,量子初创公司xanadu宣布,正式发布世界首个公开可用的光量子云平台。开发人员可以基于云访问8-Qubit或12-Qubit的光量子计算机。并表示将在下个月推出24-Qubit芯片,并将其接入到云平台中。Xanadu还表示,希望其云中量子比特的数量可以以每6个月翻一倍的速度呈类摩尔定律的增长,这比IBM量子体积每年增长一倍的速度还要快。

 

量子计算云平台相关详细数据请点击该链接进行查看:量子计算云平台详情

 

以上是量子计算云服务供应商的盘点数据,对于云服务供应商可访问的硬件后端,以及每个硬件后端所采用的技术栈,请点击文末最下方阅读原文进行查看。后期最新数据也将在网页中进行更新。

国内也有量子云平台,如华为的量子计算云平台HiQ,本源量子的量子计算云平台,虽然截止发稿时尚未提供硬件后端。如果您对此感兴趣,可以参考使用,以下附上云平台访问地址:

华为HiQ:https://hiq.huaweicloud.com/

本源量子云平台:http://www.qubitonline.cn/

 

相关链接:

[1]https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/quantum-computing-market-144888301.html

[2]https://aws.amazon.com/cn/braket/pricing/

 

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