量子计算与经典计算的融合趋势 - 量子计算在初期将作为云服务，与经典超级计算机集成，成为类似CPU和GPU的加速器节点，承担经典计算机难以处理的工作负载 [2] - 行业正从演示阶段转向规模化和集成阶段，量子计算将成为高性能计算（HPC）异构架构中的另一个“工具” [3] - 将量子计算机集成到超级计算机中，已成为美国在下一个计算时代保持技术领先地位的战略要务，但目前美国在开发混合系统方面落后于欧洲和日本 [3] 行业参与者的战略与产品 - 英伟达已在其产品中配备连接HPC与量子计算的功能，例如用于高速互连的NVQLink和量子-经典平台CUDA-Q [2] - 初创公司Quantum Machines推出了“开放加速栈”，旨在帮助用户将经典过程集成到量子控制栈中，以满足实时纠错和高级量子比特校准等关键需求 [3] - IBM发布了一种参考架构，为业界提供了将量子计算和经典计算结合起来的路线图，即“以量子为中心的超级计算”（QCSC） [3] IBM的参考架构与技术路线 - IBM的参考架构以硬件基础设施为基础，分为三个层级：底层是包含量子处理单元（QPU）和经典运行时（含FPGA、ASIC、CPU）的量子系统；第二层是位于同一地点、通过低延迟互连（如ROCE、Ultra Ethernet、NVQLink）连接的CPU和GPU系统；第三层是部署在云端或本地的横向扩展系统 [7][8] - 架构中包含编排层，其量子资源管理接口（QRMI）是一个开源库，用于抽象硬件细节并提供API；应用中间件则作为量子和经典编程模型之间的通信工具 [8] - 该架构旨在展示量子与经典资源之间日益紧密的耦合，以推动系统协同设计，使其能够随着应用、算法和库的扩展而扩展 [9] - IBM制定了量子-经典计算融合的未来发展时间表，其关键推动因素包括2023年发布的Heron（133至156量子比特）芯片和计划于2025年11月推出的Nighthawk（120量子比特）芯片 [10] - Nighthawk芯片将使某些量子电路无法被经典计算机精确模拟，从而成为探索量子处理器及其与经典研究结合方式的试验场 [12] 融合计算的应用与前景 - 量子计算不会取代所有传统基础设施，量子处理器（QPU）将像CPU和GPU一样，成为整个架构的重要组成部分，在各自擅长的领域发挥作用 [12] - 从算法角度看，关键在于如何最好地运用CPU（静态批处理）、GPU（矩阵和张量运算）和QPU（利用纠缠或叠加的量子电路运算）这些不同组件 [12] - IBM与克利夫兰诊所的合作研究表明，在物理和化学问题上，量子计算已经能够与经典计算相媲美 [8] - IBM已与日本理研（RIKEN）及其“富岳”超级计算机合作，早期部署了其参考架构 [8]