华硕携手国研院国网中心眺望量子电脑新展望
- 孙昌华／台北
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随着大数据快速成长，国家级超级电脑对水涨船高的运算处理能力的需求快速成长，传统数据中心线性增加的运算能力，逐渐赶不上呈现指数级成长的运算能力的需求，尤其在人工智能（AI）、量子化学及材料设计、生医与制药、金融最佳化系统等需要算力的尖端研究的领域，对量子电脑的未来发展具有高度的期待，量子运算技术提供高效能运算（HPC）所需要的指数级的运算成长效能，而成为大型跨国数据中心与超级电脑系统所竞相追逐的技术，探索量子效应以打造强大的运算能力的新时代超级电脑正被视为下一个重要的杀手级应用。
华硕电脑与国家实验研究院国家高速网络与计算中心（简称国研院国网中心）于2023年4月14日在华南银行国际会议中心一同举办台湾量子电脑发展研讨会，这个以「超级电脑新契机 - 量子电脑发展与展望」为题的研讨会是瞄准量子电脑发展现况，并探讨开发未来商业化应用与潜能的一场技术盛会，现场产、学、研界的专家一同针对量子电脑发展进行交流，期盼透过对话激发更多创新及加速产品化应用的机会。
国研院国网中心主任张朝亮博士率先上台致词，他从2022年底造访美国德州达拉斯的超级电脑会议中，看到国际科技巨擘与新创企业在量子电脑的蓬勃发展，尤其见识到量子电脑在HPC领域上所扮演的积极角色，尝试把量子电脑架构融入传统的HPC电脑系统之中，做为超级电脑驾驭特定尖端服务的使用范例，已经成为具备重要商业前景的应用，所以他也期望借此抛砖引玉，让量子电脑的发展为台湾创造下一个台积电规模的明星级产业。
华硕服务器事业部金庆柏总经理接续上台致词，量子电脑的商业化应用引起各界的关注，华硕电脑对量子电脑的研究投注大量的资源，并期望与国网中心合作为下一代的超级电脑的开发做出贡献，他本身也是华硕的网安长，看待量子电脑如同双面刃的效应，一方面既可以促进HPC运算的效能的成长，造福人群，另一方面，其运用强大算力以破解加密技术，以及黑客攻击等耸动的社会冲击，更可以从中的得与失而看到量子电脑未来发展的机会，而这个活动正可以一窥未来科技发展的先声。
量子电脑创造软、硬件的机会为台湾ICT产业，创造关键的商业成功
第一场主题演讲由DIGITIMES董事长黄钦勇（Colley Hwang）先生主讲，他聚焦于科技创新与企业的危与机的分析，台湾科技产业在1970年代开始发展半导体技术，掌握新科技发展的契机，成就今天令人称羡的半导体代工产业的成果，他也透露DIGITIMES最近接受政府邀请而撰写产业白皮书的机会，看到智能制造的主张将成为台湾未来可以倚恃的发展机会，尤其看好印度与东南亚市场的新兴的机会。
他提点台湾产业界从善用供应链的价值主张起步，而人工智能与量子电脑的加乘机会都少不了台湾在半导体与电子制造上所展现的优势，掌握这个未来科技发展的大趋势，他建议的核心策略，在于持续强化台湾产业核心优势，做为交换印度与东南亚在地的商机，邀请他们来和我们一起展开合作，成为他们很好的生态系统夥伴，帮助客户、生态系统合作夥伴获得成功，这些是台湾可以扮演的角色，透过虚实整合、软硬通吃与分散生产的供应链体制，以拥抱这个高速成长的机会。
量子电脑未来发展可能性，产学界合作的发展契机
研讨会中透过座谈会来呼应大众对量子电脑的想望，由华硕云端总经理吴汉章博士做为主持人，他聚焦的主题在于让台湾各界理解目前台湾发展量子电脑的近况，以及可能的应用前景，同时着墨于台湾产业界的未来的发展机会。
台湾量子系统推动小组CEO张文豪教授谈台湾发展量子电脑的现状说明，他首先要大家放下不必要的想像，量子电脑是一个庞大的系统工程，目前除了通用量子电脑硬件技术、光量子技术、量子软件技术与应用的三大研究主题走向之外，他更着重于实际应用的可能性，对于最近红火的生成式人工智能技术与量子模拟器之间的发展，他看到量子电脑协助进行AI模型训练所展现强大的成果，看到因为巨大运算系统的需求而驱动产业界整合商业机会的契机。
他也大声疾呼产业界的投资至关重要，产、学、研的通力合作是创造成功的基石，他举量子运算的研究过程中，透过台积电与其他科技公司的协助，目前已经着手开发量子位元的次系统，逐步开展台湾的硬件自主开发的进程，另外在复杂度高的AI模型训练上，他举出张量网络（Tensor Networks）与AI卷积神经网络（CNN）层数的概念是有高度相似的路数，所以量子电脑协助AI模型加速训练上是有彼此紧密关联的意义。
再者，量子电脑应用在破解口令的应用被高度关注，由于随着量子运算逐步迈入更大的精确度与算力成长后，预计在未来十到三十年的时间内可以真的来谈口令的破解，在此之前，他认为量子通讯的发展则是短期研究更重要的机会，毕竟先让数据不会被拦截的保护做好，才是目前需要先解决的问题。
量子电脑应用在破解口令的应用上受到高度关注
国研院国网中心主任张朝亮博士也呼应前述的观点，由于量子电脑本身的特殊软、硬件结构，传统电脑用直接写程序以驱动运算的开发方式无法直接套用到量子电脑上，台湾学术界短期的目标是先掌握基础的研究技术，发掘出可以有成果的机会，并结合传统数据中心的HPC技术与量子电脑一起做整合，以启动未来的超级电脑的转变。
关于口令学与量子安全系统与机会都是量子电脑应用被看好的机会，国网中心也在量子口令学发展上取得重要的学术成果，对于针对已加密数据作为运算的技术，诸如「同态加密」或「联邦式学习」等做为保护关键数据的理论，则已经有重要的论文的发表，并期望能扮演产业、学界持续成长的推手。
NVIDIA资深解决方案架构师李正匡博士的关点放在NVIDIA积极参与的cuQuantum SDK软件平台，这个做为打造发展量子电脑的应用为主的软件环境，期望对于协助产业与学术界打造量子运算的研究基础有重要的贡献，由于QPU的概念一直受到产业界的重视，他也预计未来的5~10年内，将看到量子电脑与传统电脑密不可分的整合趋势，所以cuQuantum的SDK软件的发展，有助于整合CPU、GPU与QPU运算的机会，让开发者可以借此软件开发平台上发展量子运算的应用。
IBM标示2024年100 Qubit x 100 Depth的实际算力的里程碑
台湾大学郑原忠教授的主题演讲聚焦于盘点量子运算的近期国际趋势，他首先从IBM-Q量子电脑的研发进度（Road Map）起手，以2022年IBM已经启动433 Qubit的量子电脑，开始上线服务，而2024年的预估，IBM发展的QPU中将有内建的量子通讯的模块，到了2026年以后，预计做出十万个Qubit的量子电脑，届时开始有机会可以看到具备容错（Fault tolerance）能力的量子电脑的出世。
但是很吊诡的，Qubit的增加并不代表实际量子电脑的运算能力的增强，目前的Qubit数字愈大但是杂讯也很同步放大，所以数字上的增加仍只有象徵的意义，IBM则是使用Quantum Volume来计算实质QPU的计算能力单位，以IBM现役的512 Qubit的量子电脑，才只具备9个Quantum Volume的能力，因为Log 2（512） = 9，也就只具备九层（Circuit depth）的运算能力。
他分析Google的进度着重于Qubit的杂讯纠错技术上下手，但是可惜的是，越做纠错则越错的厉害，这是一个很尴尬的结果，所以目前量子运算的硬件限制还很大，不过话锋一转，他认为IBM设定2024年有100 Qubit x 100 depth的目标，这是学术界认为值得追踪的进度与算力的指标，所以一旦上述100 x 100的目标能够达成，这将成为一个重要的QPU硬件的里程碑。
量子电脑软件平台的发展以及最新的应用趋势
郑原忠进一步解析目前被看好的量子应用软件的趋势，特别包括IBM与D-Wave Leap的软件应用的发展，二者都侧重于量子模拟的软件平台的运作，利用传统矽芯片来打造量子模拟系统以验证量子演算法，以他的观点，IBM目前仍是关键的领先者，IBM所提供的云端量子运算服务所具备的完整、开放的系统，仍然动见观瞻，透过这些服务让软件的新创公司可以开发出针对特定问题的解决办法。
事实上自2020年已降，有大量的新创企业进到量子运算的领域，软件新创公司非常蓬勃发展，以五年期的发展来看，看好到应用包括量子化学成分的模拟、财务金融业的最佳化解决办法，以及机器学习（ML）的量子演算法的发展，对于目前ChatGPT等超大AI模型的训练上的辅助，都成为量子运算积极参与的领域，加上材料设计、药物开发，以及当红的锂空气电池的开发，都有机会看到崭新的成果。
从科技新创Quantum Brilliance的角度看量子电脑的发展
Quantum Brilliance的营收长（Chief Revenue Officer）暨亚太区总经理Mark Mattingley-Scott先生透过视讯连线简报来介绍Quantum Brilliance的近期发展，Quantum Brilliance是一家位于澳大利亚的科技新创公司，发展室温下的量子加速器硬件装置产品，提供给数据中心以打造量子运算的服务，找寻量子电脑可行的商业模式与应用。
该公司使用光子元件为主的量子运算系统，一台量子加速器的功率消耗使用约数百瓦的耗电量，目前已经有使用范例整合到澳大利亚的超级电脑中心，展示量子运算的功能，他们的愿景在于整合CPU、GPU、QPU、FPGA等运算基础，提供可以容易放量成长（Scale Up）的量子运算架构，特别对于可以放在边缘节点上诸如汽车、太空飞行器等移动平台上的量子装置的发展有长远的目标，目前Quantum Brilliance与NVIDIA在软件平台上的合作，实际的量子应用范例已经在材料设计、信号处理、数据库最佳化等应用上有所斩获。
华硕电脑对于量子电脑开发的展望
最后由华硕云端总经理吴汉章博士压轴，他的演讲主题侧重于传统HPC超级电脑与量子电脑的结合与未来的应用的机会，华硕电脑与于2019年透过与国研院国网中心的合作上，一起参与建构「台湾杉二号」的超级电脑系统，缔造台湾AI超级电脑在全球排名第20名的重要佳绩，与美国、日本、欧洲等先进国家并列，目前更进一步在台湾杉二号建立AI超级电脑的计划，称为「AI 2.0技术」的加速器，这是与NVIDIA合作使用高效能的GPU所打造的AIHPC系统，目前全球前100大HPC中共有25座商业用途的AIHPC，台湾杉二号排名64，算力为9PFLOPS。
吴汉章接续分享两个受到瞩目的超级电脑的应用个案与使用范例，首先是生成式AI 的核心技术，尤其是大型的自然语言模型（Large Language Model）的计划，台智云团队已在台湾杉二号实践GPT3 同等级的大语言模型的开发，第二个分享就是生命科学的领域上的研究，吴汉章特别借用台大童俊维博士的研究做为主要的参考，这个研究关注分子动力医学的分析与高速计算的应用，由于现役的AIHPC的算力只能协助做到一些蛋白分子行为的初步模拟，所以用来开发新的药物的实质效益还在起步中，而这将随着国内量子电脑计划的进展而可以在接续的五年中看到未来应用的落地。
他举美国Cleveland Clinic与IBM的量子技术的合作的个案，当中看到强大的算力让基因定序的工作更为轻松与省钱，而新的计划使用AI技术去分析人类基因定序的数据，然后对大型药物数据库做查找，找出帮助阿兹海默症病患应对的药物研究，令人期待，在台湾的国卫院超级电脑的使用经验中，分析一、两万人的基因数据做预测已经感受到算力的重要性，所以随后这几年内对于发展超级电脑与量子电脑的整合，将为量子电脑创造商用化的应用带来快速发展的契机，华硕电脑将持续结合生态系统夥伴，让量子运算所启发的想像力得到落实，打造智能、安全兼具的云端平台，协助产业界一同追寻量子电脑的商机。
