技术里程碑 富士通开发出世界最快量子模拟器

北京时间3月31日消息（余予）当地时间3月30日，富士通宣布其已经成功开发出世界上最快的量子计算机模拟器，该模拟器能够在富士通超级计算机PRIMEHPC FX 700集群系统上处理36个量子比特的量子电路，该模拟器配备了与世界上最快的超级计算机“富岳（Fugaku）”相同的A64FX CPU。

富士通PRIMEHPC FX700（图源：富士通）

新开发的量子模拟器可以高速并行执行量子模拟器软件“Qulacs”，在36个量子比特的量子运算中实现了其他强大量子模拟器的大约两倍的性能。富士通的新型量子模拟器将成为开发量子计算应用的重要桥梁，预计将在未来几年投入实际使用。

基于这一突破，从2022年4月1日起，富士通和富士胶片株式会社（以下简称“富士胶片”）将启动材料科学领域的量子计算应用联合研究。

未来，富士通将加快开发量子计算机的步伐，目标是在2022年9月之前开发出40个量子比特的模拟器，并与金融和药物发现等领域的客户共同研发量子应用。

富士通有限公司执行官兼首席技术官Vivek Mahajan评论称：“我们现在站在计算技术新时代的边缘。富士通利用其数十年来积累的世界领先的计算技术专业知识，成功开发了世界上最快的量子模拟器。最近，我们利用这些知识与日本理研所（RIKEN）合作设计了超级计算机Fugaku，在过去两年里它一直是世界上最快的计算机。未来，我们的目标是通过这种新的量子模拟器，为我们的客户加速量子应用的开发，并通过解决社会面临的一系列问题，最终为可持续发展的世界做出贡献。”

新的36 量子比特量子模拟器提供世界上最快的处理速度

富士通已经为富士通PRIMEHPC FX 700上的64个节点组成的集群系统开发了一种并行分布式量子模拟器。

PRIMEHPC FX 700配备了与超级计算机Fugaku相同的A64FX CPU，可以在双精度浮点格式计算中实现3.072 teraflops (TFLOPS) 的理论峰值性能。它还拥有32 GB内存，以及每秒1024 GB的高带宽，通过InfiniBand连接节点，速度达到每秒12.5 GB。

新的量子模拟器采用了“Qulacs”，这是由大阪大学和 QunaSys Corporation开发的世界上最快的量子模拟器软件之一，当移植到A64FX时，通过使用SVE（可伸缩向量扩展）同时执行多个计算，内存带宽性能达到了最大化 。

MPI (Message Passing Interface)实现Qulacs的并行和分布式执行，通过重叠计算和通信实现最大化网络带宽的数据传输。富士通进一步开发了一种新方法，可以根据量子电路的进度及其计算，高效地重新排列部署在集群上的分布式内存中的量子比特状态，这有助于降低通信成本。新系统还兼容“Qulacs”以外的其他量子模拟器软件。

Qiski是量子计算机软件的主要开发工具之一，可用于富士通的量子模拟器，为量子软件开发人员提供高度便利的开发环境。富士通与QunaSys合作，计划在新的量子模拟器上提供公司的量子化学计算软件Qamuy，为执行各种各样的高速量子化学计算提供资源。

富士通、富士胶片研究项目概要

此外，富士通和富士胶片将开始联合研究量子在计算化学领域的应用，以实现创新的材料设计方法。该联合研究将利用富士通新开发的量子模拟器来研究和评估分子化学反应计算中特定的量子计算算法。

时间：2022年4月1日-2023年3月31日

目的：量子计算技术在计算化学中的应用

研究内容：分子化学反应等量子计算特定算法的检验与评价

角色和职责：富士通，量子模拟器的提供、计算结果的分析和改进方法的检查；富士胶片，量子化学计算的实施、计算结果的分析和改进方法的研究

未来的计划

展望未来，富士通将致力于改进其技术，包括量子门融合技术，该技术能够同时对多个量子门进行计算，以实现更大规模和更高速度的量子模拟器。富士通进一步的目标是在2022年9月之前开发出40量子比特的模拟器，用于金融和药物发现领域。富士通将把在量子模拟器上积累的量子应用知识应用到量子计算机的开发中，以使用量子技术解决社会问题。

大阪大学大学院工学研究生院先进电子与光学科学部Keisuke Fujii教授评论称：“使用超级计算机的高速模拟器在量子计算机性能所依赖的量子软件和量子应用的开发中具有越来越重要的意义。全球开发者使用的开源软件Qulacs与超级计算机“Fugaku”的核心技术已经结合起来，实现了世界上最快的量子模拟器，我们相信这将极大地加速量子软件的未来发展。”

富士胶片分析技术中心高级研究员Yukihiro Okuno评论称：“量子计算机具有在计算化学领域进行高度精确的计算的潜力，这是经典计算机无法完成的。富士胶片将开展这项联合研究，作为在材料科学中利用量子计算机的可行性研究。”

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