世界上最强大的超级计算机和量子计算结合，会产生怎样强大的力量，或许很快我们很快就可以见证。美国橡树岭国家实验室正在和澳大利亚-德国初创公司Quantum Brilliance合作，将他们全球最先进的钻石量子加速器与世界第一超算Frontier整合在一起，实现量子-经典混合运算，或将成为量子计算实际应用的关键里程碑，带来计算模式的革命性变化。
全球第一超算Frontier是什么？
橡树岭国家实验室是计算领域的绝对传奇，从曼哈顿计划开始就一直走在世界创新的最前沿，而Frontier就是创新最前沿的最前沿，它每秒钟可以执行2百亿亿次计算（2 exaflops），是全球首个真正达到“百亿亿次级别”的超算。
什么是钻石量子技术？
Quantum Brilliance是2019年成立的初创公司，致力于开发和部署钻石量子加速器，并提供全套软件和应用工具的支持。钻石量子技术的核心是钻石中的氮空位中心，氮空位中心是钻石中的常见点缺陷，也就是碳原子被氮原子取代而形成的空位，可以捕获电子，产生可以操控的量子态，执行复杂的量子计算任务。
与传统量子技术需要在极低温度下运行不同，钻石量子技术的最大优势在于它可以在室温下稳定工作。这让它不仅更加经济实用，也更容易集成到现有的计算系统中，成为超级计算机的强大助手。
什么是量子加速器？
钻石量子技术制造的量子加速器与全功能的量子计算机不同，它并不是一个完全独立的量子处理器，而是一种专门用于加速某些特定任务的硬件单元。通过将复杂的量子算法分配给量子位处理，它可以为经典计算提供强大的支持。
相比于传统的CPU或GPU，量子加速器能够处理某些特定类型的计算任务，比如复杂的模拟、优化和密码学问题等等，速度可以远远超过传统处理器。换句话说，量子加速器是经典计算系统的协处理器，可以帮助它们在某些场景下大大地提高计算效率。
量子-经典混合计算有什么优势？
钻石量子加速器和Frontier这样的超级计算机结合，可以形成所谓的量子-经典混合计算。这种计算模式的核心思想是，传统的经典系统负责大部分常规计算，而那些需要量子计算优势的复杂任务则由量子加速器来处理，可以极大地提升整体计算能力。
对未来会有什么影响？
量子加速器与超级计算机结合，标志着量子计算从理论走向了实际应用，未来将可能在多个领域产生深远的革命性影响：
科学研究：复杂分子模拟和材料设计任务需要庞大的计算资源，而量子加速器能够高效地处理这些任务，推动基础科学的进展。
药物开发：通过模拟分子相互作用，量子计算可以极大地加速药物的发现和设计进程，缩短新药开发的时间。
优化和人工智能：许多优化问题，比如物流、金融建模等，利用量子算法可以比传统方法更快地找到解决方案，这对各行业的效率提升都有巨大的潜力。正在爆发的人工智能，如果有量子计算的加持，我们很难想象它的极限会在哪里。
能否取代量子计算机？
看到钻石量子技术的第一眼，很多人可能都会注意到，它是在室温下运行的，相比于现在主流量子比特都只能在绝对零度附近的极超低温下运行，这不是巨大的优势吗？能不能用它来建造量子计算机呢？
答案是，钻石量子技术目前还不足以支撑一个全功能的量子计算机。这是因为：
量子位数量有限：量子计算机需要大量的量子比特来处理复杂问题，而钻石量子加速器目前只能支持少量的量子位。
量子纠缠和操控的难度：量子计算机的核心在于量子纠缠和精确控制量子位。虽然氮空位中心可以提供稳定的量子位，但要实现大规模纠缠和复杂计算，仍需要技术上的重大突破。
量子纠错：量子计算系统极易受到外界干扰，需要非常复杂的纠错机制。钻石量子技术虽然稳定，但在大规模应用中纠错依然是重大挑战。
钻石量子加速器的应用，特别是在全球最强悍超算Frontier中的引入，代表着量子计算可能已经迈出走向实际应用的关键一步。尽管它目前还无法取代经典计算，也不能构建出大规模的量子计算机，但作为量子-经典混合计算的一部分，它正在推动人类不断突破算力极限，不仅为量子计算的发展铺平了道路，也为未来量子技术的广泛应用提供了坚实的基础。
