不是取代而是協作，量子計算如何與 HPC 共創運算新紀元

在計算領域，最大的突破往往發生在幕後。雖然你可能在最新的智慧手機發表或串流應用更新中看不到這些突破，但它們的影響卻能塑造行業、科學發現和國家基礎設施。高效能運算（HPC）就是這樣一個安靜的強者，現在它正與一個引人注目的新來者──量子計算（quantum computing），形成戰略聯盟。

量子計算被視為一種科幻般的技術，承諾能徹底改變從藥物發現到氣候建模等各個領域。雖然這種說法可能是正確的，但目前的現實是，量子計算尚未獨立實現這些變革。真正的故事在於量子計算與HPC如何開始合作，這種合作雖然仍在初期，但可能會改變我們解決一些世界上最棘手問題的方式。

HPC可以被視為計算世界的「力量」，它驅動著詳細的天氣預報、設計下一代飛機，並幫助研究人員在分子層面模擬疾病。這些機器通常位於龐大的資料中心，能以驚人的速度和精確度處理巨量數據。

相比之下，量子計算更像是一個能夠「側向思考」的大腦。它不僅是更快地計算，而是以不同的方式進行計算。量子系統能夠同時探索多種可能性，這得益於疊加和糾纏等原理。這使得它們在某些類型的問題上極具威力，特別是涉及不確定性、複雜變量或龐大潛在結果的問題，例如分子建模或供應鏈優化。

舉個例子，想像一下在迷宮中尋找最短路徑。HPC可能會以閃電般的速度逐一嘗試每一條路徑，而量子計算則能同時探索多條路徑，迅速縮小選擇範圍，找到最有希望的路徑。

其中一個障礙是人力

然而，量子電腦仍然相當敏感，建造成本高昂，尚未準備好承擔HPC每天處理的重任。因此，量子計算並不是取代傳統系統，而是與之並行，提供專門的幫助。

在今年的國際超級電腦大會（ISC）上，量子計算不再被視為附屬話題，而是與雲端計算、人工智慧和超級電腦基礎設施一起成為主要討論的內容。許多組織目前正在使用HPC系統模擬量子計算，開發量子啟發的演算法，以測試實際整合的可能性。未來的願景是，量子處理器能像專業工具一樣被HPC系統調用，解決任務後再將工作交回。

然而，建立這種混合模型不僅是插入新硬體，還需要新的軟體、新的培訓和新的思維方式。HPC和量子計算來自不同的領域──一邊是工程師、另一邊是物理學家和數學家。創建能夠有效協作的系統是一個挑戰，但同時也是一個巨大的機會。

其中一個最大的障礙是人力資源。理解量子計算的開發者仍然稀缺，而能夠在HPC環境中應用這些算法的人則更為罕見。能夠橋接這兩個系統的工具和軟體剛出現，標準也仍在發展中。這一差距可能會減緩進展，但也指出了投資的必要方向。

今年IBM公布具備2,000個邏輯量子比特的量子處理器，配合高精度量子比特控制技術，使量子電腦性能獲得質的飛躍。同時，Google在量子錯誤校正技術上取得突破，增強了量子計算在實際應用中的穩定性與可靠性。全球科技巨頭積極布局，IBM與AMD近期宣布合作開發頂尖超級計算平台，結合量子處理器與高效能CPU/GPU，以解決藥物研發和氣候模擬的複雜問題。而NVIDIA則依托CUDA-Q平台推動量子與經典運算融合，加速新藥研發速度達73倍。根據麥肯錫，全球量子科技市場預計2035年將達970億美元，量子計算單獨市場預期720億美元，並受到全球政府超過100億美元的投資支持，反映其未來戰略地位的提升。