【QuICC Program】DARPA“量子启发的经典计算”项目或致相关系统性能提升10000倍！

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美国国防部认为，面对复杂的大国竞争及局部反恐形势，必须解决许多复杂的优化问题，以实现任务能力，这包括从确定最有效的装备物资分配方式到最大限度地减少作战人员暴露于敌对火力范围。而在现实中，解决这些错综复杂的情况是困难的，主要是由于现有计算资源的限制。当前，许多优化问题是在运行启发式和近似算法的传统计算机上解决的，在有限的时间和资源条件下提取允许的最佳解决方案。

许多人认为量子计算可能是答案。虽然量子信息处理有潜在的优势，但没有足够的支持证据表明，量子解决方案将适合许多国防部任务相关应用的尺寸、重量和功率限制。

为此，美国国防高级研究计划局（DARPA）在10月4号宣布，启动“量子启发的经典计算”（QuICC）项目（相关广泛机构公告已于9月21日发布），旨在利用从量子算法基准中获得的经验，为一系列复杂的国防部优化问题开发量子启发的解决方法，并证明比现有技术至少减少两个数量级的所需计算能量的可行性。

据DARPA微系统技术办公室（MTO）负责QuICC的项目经理布莱恩·雅各布斯（Bryan Jacobs）介绍：“这并不意味着不能从量子技术中学到宝贵的经验，并应用于经典计算。DARPA试图通过一个开发量子启发（QI）经典求解器的新项目来实现这一目标。QI求解器是混合信号系统，使用经典的模拟组件和数字逻辑来模拟动态系统的物理学。这些系统的性能预计将超过传统计算机和量子计算机10,000倍以上。”

到目前为止，QI求解器的原型已经使用为现有架构量身定做的小型“精品”问题进行了演示。为了解决更大规模的、与国防部更相关的问题类别，QuICC项目必须解决多种技术障碍。这些障碍包括限制动态系统之间连接的模拟硬件挑战，以及数字资源随问题规模增长而令人望而却步。

QuICC项目是一个为期60个月的三阶段项目，包括：第一阶段，原型开发--小规模的问题（为期24个月）；第二阶段，系统集成和优化--中规模问题（为期18个月）；第三阶段，应用规模的可行性论证（为期18个月）。项目执行期预计将于2022年5月开始。每个阶段都将举行强制性的项目启动会议，介绍技术方法，讨论技术和项目方面的关注计划，并与政府团队和其他项目研究团队进行互动。每个阶段的结束是项目中的一个重要事件，阶段结束审查会议将安排在每个阶段结束前约6周。这些会议将用来交流在整个阶段中实现的里程碑的技术进展。该项目里程碑的技术进展是继续进入后续阶段的主要决定因素，并将通过每月的电话会议、每季度的技术审查、不定期的现场访问以及DARPA项目经理和政府团队其他成员的年度计划审查进行监督。该项目的三个阶段架构是为实现项目目标的主要风险提供退路。

项目三个阶段时间周期事件安排

为了克服这些挑战，QuICC项目通过算法和模拟硬件联合设计以及应用规模的基准测试技术寻求创新的解决方案。研究人员将在两个技术领域工作以实现目标。第一个领域专注于开发求解器算法，并创建一个框架来评估QI求解器的潜在性能。第二个领域旨在开发QI动态系统硬件及其性能的验证模型。

项目阶段架构与技术领域

QuICC的进展将根据一系列关键指标来衡量，包括计算效率，其特点是为获得一个特定问题的高质量解决方案所消耗的能量。QuICC原型系统的目标是将中等规模问题的能量减少50倍，并显示出将任务规模问题的能量减少500倍的可行性。

布莱恩·雅各布斯表示：“通过QuICC，我们希望创造一种从根本上进行经典计算的新方式，从量子计算的算法进展中获得灵感。我们的目标是使解决复杂的、与国防部有关的优化问题所需的能量有500倍的性能提高。如果我们成功地为国防部相关的应用普及和扩展QI求解器，我们可以看到广泛的优化挑战的计算效率有了质的飞跃。”