近年來，全球量子計(jì)算領(lǐng)域研究開始步入快速增長期，也成為當(dāng)前各國高科技企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域，量子機(jī)器學(xué)習(xí)的加速效果無論理論上還是實(shí)際中也都已被初步證實(shí)。近日，京東探索研究院院長陶大程帶領(lǐng)其量子計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)主要成員杜宇軒、錢揚(yáng)提出全球首個以經(jīng)典云平臺為依托、量子計(jì)算設(shè)備為終端的量子并行處理框架QUDIO(quantumdistributedoptimizationscheme)，將可實(shí)現(xiàn)充分調(diào)度現(xiàn)有量子計(jì)算資源去求解超越經(jīng)典計(jì)算的大規(guī)模任務(wù)。

具體來說，QUDIO是由一個經(jīng)典處理器為中心和多個分布式量子處理器形成的量子云構(gòu)成的，其中經(jīng)典計(jì)算機(jī)作為一個中心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，將大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行高效劃分并且快速分發(fā)到云端的多個量子計(jì)算機(jī)。每個量子計(jì)算機(jī)在獲取到數(shù)據(jù)塊之后獨(dú)立處理，同時以一定頻率與其他量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，共享模型參數(shù)和處理結(jié)果，最后將計(jì)算結(jié)果返回到經(jīng)典計(jì)算機(jī)進(jìn)行匯總和后處理。整個計(jì)算過程完全實(shí)現(xiàn)在量子云上完成，經(jīng)典計(jì)算機(jī)只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分發(fā)與通信。

據(jù)悉，與傳統(tǒng)處理框架相比，QUDIO將已有的量子計(jì)算機(jī)結(jié)合起來形成量子云，可以充分利用各個量子資源，加速大規(guī)模數(shù)據(jù)處理，有效地緩解了當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)性能穩(wěn)定性較差、處理大規(guī)模數(shù)據(jù)迭代時間過長的困境。要知道當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)受困于經(jīng)典量子數(shù)據(jù)有效轉(zhuǎn)化問題，一次能夠處理的數(shù)據(jù)有限，通過聯(lián)合多臺量子計(jì)算機(jī)，可以并行處理多條數(shù)據(jù)。

同時，QUDIO是一種獨(dú)立于具體量子硬件和協(xié)議的框架，具有很強(qiáng)的兼容性，易于擴(kuò)展到各種光量子計(jì)算機(jī)、離子阱量子計(jì)算機(jī)和超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，能最大程度地利用現(xiàn)有的量子資源;它利用并行計(jì)算和量子計(jì)算的加速性能，為自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺、量子化學(xué)、組合優(yōu)化等領(lǐng)域的大規(guī)模問題求解和數(shù)據(jù)處理提供顯著的運(yùn)行時間優(yōu)勢。

QUDIO相較傳統(tǒng)計(jì)算還具有耗能低、碳排放量少的優(yōu)勢。隨著深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)規(guī)模越來越大、模型越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)處理框架也面臨著處理時間長、耗能高的難題。就拿目前的深度學(xué)習(xí)模型舉例，比如BERT預(yù)訓(xùn)練模型就需要花費(fèi)64塊GPU訓(xùn)練四天，排放大約1438磅的二氧化碳。如使用QUDIO就可以充分利用量子計(jì)算的存儲和加速優(yōu)勢，用相較傳統(tǒng)計(jì)算更少的耗能和碳排放量，為各個行業(yè)的智能計(jì)算賦能，為大規(guī)模社會計(jì)算的實(shí)現(xiàn)提供算力保障，有助于實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。京東探索研究院算法科學(xué)家杜宇軒表示，QUDIO將為未來實(shí)現(xiàn)以量子互聯(lián)網(wǎng)為以托、通用量子計(jì)算機(jī)為終端的全量子云平臺打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

京東探索研究院是以京東集團(tuán)各事業(yè)群與業(yè)務(wù)單元的技術(shù)發(fā)展為基礎(chǔ)，集合全集團(tuán)資源和能力，成立的專注于前沿科技探索的研發(fā)部門，實(shí)現(xiàn)研究和協(xié)同創(chuàng)新的生態(tài)平臺。此前，京東探索研究院已經(jīng)明確將“量子機(jī)器學(xué)習(xí)”、“可信人工智能”、“超級深度學(xué)習(xí)”等人工智能的三大領(lǐng)域鎖定為研究方向并持續(xù)推進(jìn)創(chuàng)新研究，致力于從基礎(chǔ)理論層面實(shí)現(xiàn)顛覆式創(chuàng)新，助力數(shù)智化產(chǎn)業(yè)發(fā)展及變革，以原創(chuàng)性科技賦能京東的零售、物流、健康、科技等全產(chǎn)業(yè)鏈場景，打造源頭性科技高地。

對于最新的創(chuàng)新研究成果，京東探索研究院院長陶大程認(rèn)為，QUDIO所具有的高效計(jì)算優(yōu)勢可為智能化社會供應(yīng)鏈提供實(shí)時計(jì)算保障，有望打破目前的數(shù)據(jù)在線采集-信息離線提取的處理模式，提高供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的反應(yīng)速度，有效應(yīng)對大規(guī)模用戶請求的集中處理，未來將進(jìn)一步增強(qiáng)保障京東數(shù)智化社會供應(yīng)鏈服務(wù)的可靠性、智能性和快速性。

關(guān)鍵詞： 全球量子計(jì)算 研究深入 量子并行處理框架 大規(guī)模任務(wù)