世界首創！富士通開發量子與HPC混合運算技術

不須具備次世代運算技術專業知識，

也能實現高速、高精度量子化學計算

富士通針對量子化學計算¹問題，開發世界第一個結合量子運算技術與高效能運算技術（下稱HPC）的自動混合運算技術。不僅僅是量子電腦和HPC的硬體層面，其上層的各式演算法也都能自動組合為最佳化運算，為一世界創舉。

本技術集結量子運算技術、以超級電腦「富岳」²為代表的HPC技術與量子啟發式技術³「Fujitsu Quantum-inspired Computing Digital Annealer」（下稱「Digital Annealer數位退火技術」）等富士通至今為止積累的各式次世代運算技術，不僅限於量子化學計算，針對客戶想要解決的問題，AI能根據設定的計算時間、運算精度與成本等條件，自動選擇最佳計算機運算，作為軟體概念「Computing Workload Broker」的先驅。

本技術使用富士通世界頂級39量子位元的量子電腦模擬器，和搭載與「富岳」相同CPU「A64FX」的「FUJITSU Supercomputer PRIMEHPC FX700」，因應使用者想要解決量子化學計算問題，AI自動組合並選擇最佳計算方式。透過上述，即便使用者沒有相關專業知識，也能針對想要解決的問題，採取最佳方式運用量子模擬器或HPC技術。

未來，透過驗證本技術的有效性與進一步的技術開發，將該技術應用於任誰都能輕鬆運用先進運算技術和軟體技術的服務群「Fujitsu Computing as a Service」（下稱「CaaS」），以開發不需專業知識也能運用各式運算技術的基礎平台。

背景

富士通長年積累專業技術，開發並提供以「富岳」為代表的先進HPC技術、「Digital Annealer數位退火技術」、次世代量子計算技術與AI等先進技術。2022年9月底，為促進新量子演算法的發展，富士通開發出世界頂級39量子位元的量子模擬器外，今年起更進一步開始與富士軟片株式會社⁴、東京威力科創株式會社⁵合作，利用量子模擬器共同研究材料領域，並進行計算化學領域的量子電腦應用研究。

這些運算技術滿足解決日漸複雜的社會課題所需之運算需求，是實現永續社會不可或缺的技術。然而，因為是針對特定問題發揮性能的專門化運算，使用者必須擁有專業知識，才有辦法為想要解決的問題選擇最適合的運算工具，以發揮最大性能。

而且，未來將會走向組合運用兩種以上的運算工具以最佳化解決問題，此時即便是專家，要綜合考量專門化運算和問題特性並選擇適合的運算工具，會變得相當困難。同樣的，如何廣泛運用次世代運算技術解決社會問題也將成為一大難題。

因此，富士通以實現無須專業知識也能輕鬆運用次世代運算的開創性軟體概念「Computing Workload Broker」為目標，於此次開發量子・HPC混合運算技術，作為「Computing Workload Broker」的先驅。

關於「Computing Workload Broker」

「Computing Workload Broker」是一種不僅限於量子化學計算領域的軟體概。其因應使用者想解決的問題，運用AI自動選擇符合使用者需求的合適計算資源，如大規模雲端HPC、量子計算、「Digital Annealer數位退火技術」、量子模擬器等。如此一來，再複雜的問題，即便沒有專業知識，也能運用高速且高精度的演算環境。「Computing Workload Broker」以複數的硬體設備或平台為單位，自動協助最佳化分配計算處理，以實現因應使用者需求的高速計算環境。

(圖1) 「Computing Workload Broker」示意圖

關於量子・HPC混合運算技術

本次透過計算使用於藥物與新材料開發的物質特性，在量子化學計算領域中，作為「Computing Workload Broker」的先驅，自動最佳化組合量子模擬器和HPC等兩種類的計算機，開發出高精度且高速的運算技術「量子・HPC混合運算技術」。

相較過往技術停留在僅能從單一計算演算法中，組合量子電腦或HPC的硬體層面；而本次技術擴展後，比起單一量子演算法或HPC演算法，富士通首創更高一階、世界第一個自動組合複數演算法技術。

(圖2) 此次開發技術與過往技術差異

本技術特點如下：

1.量子・HPC演算法判別技術

量子化學計算使用的演算法中，在得出高精度的解前，必須反覆重複計算，伴隨原子間的距離變化，很難正確判斷使用量子還是HPC的演算法較合適。富士通本次開發透過分析演算法如何收斂分子，以確定使用哪一種演算法精度較高的技術。當傳統演算法未能產出精準結果時，可以透過此技術先行測試求解過程中各項收斂狀況以找出特定模式，並在解題過程中以HPC演算法進行嘗試性預處理，從而能夠判別何者為最適合的演算法。

2.運算時間推測技術

在量子化學計算中，很難準確估計無數分子結構中的每個收斂性，導致難以事先預估求得高精度的解需要多少時間與費用。因此，使用富士通獨家研發之適應型AI技術，將能藉由學習分子構造和運算法的反覆計算及其與計算時間之間的關聯性，事先建構可推估計算量的AI模型，算出得到高精度解前所需的計算量，以及需要的時間與費用。

綜合考量透過上述兩種技術得到的量子・HPC運算法判別資訊、推估的計算時間和費用，以及計算資源的使用狀況等，使用者可以根據期望的計算時間及費用，最佳化量子化學計算的性能。透過以上，使用者無需自行從量子・HPC等計算資源中做選擇，也能以最符合自身需求的形式，解開量子化學計算問題。

(圖3)量子・HPC混合運算技術概要

未來

未來富士通在進行量子・HPC混合運算技術的有效性驗證的同時，也將進一步開發技術。目標透過將「Computing Workload Broker」作為「CaaS」的技術應用等為客戶提供服務，建立任誰都能輕鬆運用先端運算技術的平台。

注釋

注1
量子化學計算：
透過模擬電子及原子間的相互作用，以分析分子性質或結構的技術領域。
注2
超級電腦「富岳」：
作為超級電腦「京」的後繼機、設置於理化學研究所的電腦。2020年6月起至2021年11月，連續獲得世界超級電腦相關排行榜的主要四榜、連續四期的冠軍，擁有世界首屈一指的高性能。2021年3月9日開始共同使用。
注3
量子啟發式技術：
受量子技術啟發的多種高速運算技術，其本身並沒有使用量子效應。
注4
富士軟片株式會社：
總公司位在東京都港區，代表取締役社長・CEO為後藤禎一。
注5
東京威力科創株式會社：
總公司位在東京都港區，代表取締役社長・CEO為河合利樹。

富士通對永續發展目標的承諾 (SDGs)

聯合國於2015年宣布永續發展目標（SDGs），
作為2030年前，世界各國努力推動永續發展的指導方針。
而富士通的宗旨——“透過創新建立社會信任，使世界得以邁向永續。”
即是因應SDGs立下的承諾：富士通將致力實現永續發展目標，打造更美好的未來。

關於富士通（Fujitsu）

富士通（Fujitsu）是世界領先的日本資訊通信技術（ICT）企業，提供全方位的技術產品、解決方案和服務。在全球擁有約124,000名員工，客戶遍佈世界100多個國家。我們憑藉在ICT領域的豐富經驗和實力，致力於與客戶攜手共創美好的未來社會。富士通集團（東京證券交易所上市代碼：6702）截至2022年3月31日會計年度的合併收益為3.6兆日元（320億美元）。如需更多資訊，請瀏覽: www.fujitsu.com。

關於台灣富士通（Fujitsu Taiwan）

台灣富士通為富士通集團台灣子公司，提供客戶整合先進科技、解決方案與服務的IT專業產品與技術。主要事業群包括系統整合、電腦週邊產品與國際採購中心。系統整合事業群提供伺服器平台產品、商務資訊設備、系統解決方案、先進科技解決方案、以及IT資訊服務。電腦週邊產品則涵蓋筆記型電腦、印表機以及掃瞄器等產品。如需更多資訊，請瀏覽: http://www.fujitsu.com/tw/。

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【本篇新聞為Fujitsu Limited 於2022/11/8發布之新聞稿摘要】原文出處

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