世界上最強大的超級計算機和量子計算結合，會產生怎樣強大的力量，或許很快我們很快就可以見證。美國橡樹嶺國家實驗室正在和澳大利亞-德國初創公司Quantum Brilliance合作，將他們全球最先進的鑽石量子加速器與世界第一超算Frontier整合在一起，實現量子-經典混合運算，或將成爲量子計算實際應用的關鍵里程碑，帶來計算模式的革命性變化。

全球第一超算Frontier是什麼？

橡樹嶺國家實驗室是計算領域的絕對傳奇，從曼哈頓計劃開始就一直走在世界創新的最前沿，而Frontier就是創新最前沿的最前沿，它每秒鐘可以執行2百億億次計算（2 exaflops），是全球首個真正達到“百億億次級別”的超算。

什麼是鑽石量子技術？

Quantum Brilliance是2019年成立的初創公司，致力於開發和部署鑽石量子加速器，並提供全套軟件和應用工具的支持。鑽石量子技術的核心是鑽石中的氮空位中心，氮空位中心是鑽石中的常見點缺陷，也就是碳原子被氮原子取代而形成的空位，可以捕獲電子，產生可以操控的量子態，執行復雜的量子計算任務。

與傳統量子技術需要在極低溫度下運行不同，鑽石量子技術的最大優勢在於它可以在室溫下穩定工作。這讓它不僅更加經濟實用，也更容易集成到現有的計算系統中，成爲超級計算機的強大助手。

什麼是量子加速器？

鑽石量子技術製造的量子加速器與全功能的量子計算機不同，它並不是一個完全獨立的量子處理器，而是一種專門用於加速某些特定任務的硬件單元。通過將複雜的量子算法分配給量子位處理，它可以爲經典計算提供強大的支持。

相比於傳統的CPU或GPU，量子加速器能夠處理某些特定類型的計算任務，比如複雜的模擬、優化和密碼學問題等等，速度可以遠遠超過傳統處理器。換句話說，量子加速器是經典計算系統的協處理器，可以幫助它們在某些場景下大大地提高計算效率。

量子-經典混合計算有什麼優勢？

鑽石量子加速器和Frontier這樣的超級計算機結合，可以形成所謂的量子-經典混合計算。這種計算模式的核心思想是，傳統的經典系統負責大部分常規計算，而那些需要量子計算優勢的複雜任務則由量子加速器來處理，可以極大地提升整體計算能力。

那麼這對未來會有什麼影響？

量子加速器與超級計算機結合，標誌着量子計算從理論走向了實際應用，未來將可能在多個領域產生深遠的革命性影響：

科學研究：複雜分子模擬和材料設計任務需要龐大的計算資源，而量子加速器能夠高效地處理這些任務，推動基礎科學的進展。

藥物開發：通過模擬分子相互作用，量子計算可以極大地加速藥物的發現和設計進程，縮短新藥開發的時間。

優化和人工智能：許多優化問題，比如物流、金融建模等，利用量子算法可以比傳統方法更快地找到解決方案，這對各行業的效率提升都有巨大的潛力。正在爆發的人工智能，如果有量子計算的加持，我們很難想象它的極限會在哪裏。

能否取代量子計算機？

看到鑽石量子技術的第一眼，很多人可能都會注意到，它是在室溫下運行的，相比於現在主流量子比特都只能在絕對零度附近的極超低溫下運行，這不是巨大的優勢嗎？能不能用它來建造量子計算機呢？

答案是，鑽石量子技術目前還不足以支撐一個全功能的量子計算機。這是因爲：

量子位數量有限：量子計算機需要大量的量子比特來處理複雜問題，而鑽石量子加速器目前只能支持少量的量子位。

量子糾纏和操控的難度：量子計算機的核心在於量子糾纏和精確控制量子位。雖然氮空位中心可以提供穩定的量子位，但要實現大規模糾纏和複雜計算，仍需要技術上的重大突破。

量子糾錯：量子計算系統極易受到外界干擾，需要非常複雜的糾錯機制。鑽石量子技術雖然穩定，但在大規模應用中糾錯依然是重大挑戰。

鑽石量子加速器的應用，特別是在全球最強悍超算Frontier中的引入，代表着量子計算可能已經邁出走向實際應用的關鍵一步。儘管它目前還無法取代經典計算，也不能構建出大規模的量子計算機，但作爲量子-經典混合計算的一部分，它正在推動人類不斷突破算力極限，不僅爲量子計算的發展鋪平了道路，也爲未來量子技術的廣泛應用提供了堅實的基礎。