量子計(jì)算的發(fā)展，正在遇到一個(gè)看起來(lái)并不在量子處理器上的瓶頸——延遲。

過(guò)去幾年，行業(yè)談量子計(jì)算，更多聚焦在量子比特?cái)?shù)量、相干時(shí)間和算法進(jìn)展上。但隨著量子系統(tǒng)不斷走向更大規(guī)模、更高復(fù)雜度，一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題正在浮出水面：

真正限制量子計(jì)算走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵因素，可能不再只是量子處理器本身，而是經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)是否能夠在足夠短的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算與反饋。

圍繞這一問(wèn)題，戴爾科技與NVIDIA正在推進(jìn)一種新的混合量子-經(jīng)典計(jì)算架構(gòu)，通過(guò)突破性的平均低于4微秒系統(tǒng)延遲的基礎(chǔ)設(shè)施，讓服務(wù)器能夠進(jìn)入量子系統(tǒng)控制鏈路，從而支撐量子計(jì)算走向工程化和可用化。

Q:延遲為什么會(huì)成為量子計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題？

在傳統(tǒng)計(jì)算系統(tǒng)中，延遲往往只是性能優(yōu)化指標(biāo)之一，但在量子計(jì)算系統(tǒng)中，延遲卻可能決定系統(tǒng)是否能夠運(yùn)行。

由于量子比特的狀態(tài)非常脆弱，在完成一次量子操作和測(cè)量之后，系統(tǒng)需要立即根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定下一步控制操作，例如是否進(jìn)行糾錯(cuò)、改變電路路徑、進(jìn)行校準(zhǔn)。

如果經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)無(wú)法在極短時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算并返回控制信號(hào)，量子系統(tǒng)就無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行復(fù)雜算法，很多量子算法能力也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

一條更短的量子-經(jīng)典計(jì)算鏈路

此次合作的關(guān)鍵，在于把量子控制所需的經(jīng)典計(jì)算鏈路進(jìn)一步縮短。

為了解決這一問(wèn)題，戴爾科技與NVIDIA基于NVQLink平臺(tái)構(gòu)建了量子-經(jīng)典協(xié)同計(jì)算架構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了戴爾PowerEdge服務(wù)器與通常用于控制量子處理器的FPGA之間平均低于4微秒系統(tǒng)延遲的連接。

在這一架構(gòu)中，NVQLink為GPU計(jì)算與FPGA之間建立起更直接的連接通道，并與CUDA-Q軟件平臺(tái)結(jié)合，使量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算可以在同一計(jì)算框架下協(xié)同運(yùn)行。

整個(gè)系統(tǒng)基于RoCE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)超低延遲通信，使經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)不再只是量子系統(tǒng)外圍的計(jì)算資源，而是真正進(jìn)入量子控制鏈路，在量子測(cè)量、反饋與控制過(guò)程中承擔(dān)實(shí)時(shí)協(xié)同角色。

這意味著，經(jīng)典計(jì)算在量子體系中的角色正在發(fā)生變化——它不再只是“算得更快”的輔助能力，而是量子系統(tǒng)能否真正工程化、能否持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的一部分基礎(chǔ)條件。只有當(dāng)經(jīng)典計(jì)算能夠在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成反饋，量子系統(tǒng)才真正具備從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證走向工程化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

在量子系統(tǒng)中服務(wù)器開始扮演新的角色

在NVQLink部署中，服務(wù)器不再只是提供算力的后臺(tái)設(shè)備，而是承擔(dān)了量子系統(tǒng)中的Real-Time Host（實(shí)時(shí)主機(jī)）角色，需要在量子測(cè)量與反饋之間完成實(shí)時(shí)計(jì)算與控制協(xié)同。這對(duì)服務(wù)器的計(jì)算性能、I/O能力、網(wǎng)絡(luò)延遲以及系統(tǒng)穩(wěn)定性都提出了遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的要求。

在這一架構(gòu)中，戴爾PowerEdge XE9680、XE7745、R7715和R770等服務(wù)器承擔(dān)了實(shí)時(shí)主機(jī)（Real-Time Host）的核心職責(zé)，并結(jié)合NVIDIA CUDA-Q Realtime API，共同支撐混合量子-經(jīng)典計(jì)算環(huán)境運(yùn)行。

低于4微秒的延遲意味著這套基礎(chǔ)設(shè)施能夠支持量子計(jì)算走向?qū)嵱盟璧膸醉?xiàng)關(guān)鍵能力：

實(shí)時(shí)校準(zhǔn)：量子系統(tǒng)會(huì)持續(xù)漂移，只有足夠快地發(fā)現(xiàn)并修正偏移，系統(tǒng)輸出才可能保持穩(wěn)定。

動(dòng)態(tài)電路執(zhí)行：經(jīng)典邏輯可以根據(jù)當(dāng)前測(cè)量結(jié)果，實(shí)時(shí)決定量子處理器下一步執(zhí)行什么操作，從而進(jìn)一步拓展量子算法能力。

量子糾錯(cuò)：這是邁向容錯(cuò)型量子計(jì)算的必經(jīng)之路，也是量子計(jì)算真正走向大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵前提。

換句話說(shuō)，本次壁壘突破并不只是停留在平臺(tái)層面的概念驗(yàn)證，而是一項(xiàng)建立在真實(shí)服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施之上的系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。只有當(dāng)經(jīng)典計(jì)算能夠在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量結(jié)果處理并反饋控制信號(hào)，量子系統(tǒng)才具備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

戴爾基礎(chǔ)設(shè)施貫穿量子計(jì)算工作流

在量子計(jì)算體系中，戴爾PowerEdge服務(wù)器不僅能夠在量子系統(tǒng)中承擔(dān)實(shí)時(shí)主機(jī)的角色，還能夠承擔(dān)量子仿真計(jì)算等重要工作。

由于真實(shí)量子硬件資源仍然十分稀缺，大量算法開發(fā)、測(cè)試與驗(yàn)證工作需要在服務(wù)器平臺(tái)上完成。通過(guò)在PowerEdge服務(wù)器上運(yùn)行量子電路仿真，研究人員可以在進(jìn)入真實(shí)量子硬件之前完成算法驗(yàn)證與優(yōu)化，從而減少對(duì)量子處理器資源的占用，并提升整個(gè)量子計(jì)算工作流的效率。

在混合量子計(jì)算環(huán)境中，戴爾基礎(chǔ)設(shè)施不僅支持量子仿真和前期計(jì)算任務(wù)，還可以承擔(dān)實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果分析等工作，貫穿量子計(jì)算從仿真、控制到數(shù)據(jù)處理的多個(gè)環(huán)節(jié)。這也意味著，量子計(jì)算的發(fā)展不僅依賴量子處理器本身，同樣依賴底層服務(wù)器和基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)的性能、穩(wěn)定性和擴(kuò)展能力。

從量子仿真到量子控制，再到數(shù)據(jù)處理與分析，服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施正在成為量子計(jì)算體系中不可或缺的一部分，而戴爾PowerEdge平臺(tái)正是在這一混合量子計(jì)算架構(gòu)中承擔(dān)關(guān)鍵支撐角色。

從“可行”走向“可用”

值得一提的是，這一混合量子-經(jīng)典計(jì)算架構(gòu)已經(jīng)在真實(shí)量子系統(tǒng)環(huán)境中得到實(shí)踐驗(yàn)證。

量子控制公司Quantum Machines使用PowerEdge R7615服務(wù)器連接其OPX1000脈沖處理單元，對(duì)多種不同量子處理器和系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了控制與校準(zhǔn)協(xié)同測(cè)試，并實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器與量子控制系統(tǒng)之間的微秒級(jí)低延遲連接。

這表明，基于低延遲服務(wù)器與量子控制系統(tǒng)連接的混合量子計(jì)算架構(gòu)不僅停留在技術(shù)方案層面，而是已經(jīng)可以進(jìn)入真實(shí)量子工作流，在量子控制、數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)協(xié)同過(guò)程中發(fā)揮作用。這也意味著，量子計(jì)算正在從單一量子硬件的發(fā)展階段，逐步邁向量子系統(tǒng)與經(jīng)典計(jì)算協(xié)同運(yùn)行的系統(tǒng)工程階段。

寫在最后

回顧計(jì)算發(fā)展的歷史，每一次計(jì)算能力的躍遷，都不僅來(lái)自處理器本身的進(jìn)步，更來(lái)自系統(tǒng)架構(gòu)的變化。從大型機(jī)到分布式計(jì)算，從虛擬化到云計(jì)算，再到今天的智能技術(shù)與量子計(jì)算，計(jì)算模式始終在不斷演進(jìn)。量子計(jì)算的發(fā)展同樣如此，它不僅是量子處理器的突破，更是整個(gè)計(jì)算體系架構(gòu)的重構(gòu)。

在這一過(guò)程中，服務(wù)器與基礎(chǔ)設(shè)施不再只是提供算力的平臺(tái)，而正在成為量子計(jì)算體系的一部分。在這一新一代計(jì)算架構(gòu)逐步形成的過(guò)程中，戴爾科技已經(jīng)做好準(zhǔn)備，通過(guò)高性能、低延遲、可擴(kuò)展的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，支持企業(yè)迎接量子計(jì)算時(shí)代的到來(lái)。