量子計算正以前所未有的方式改變基礎設施的規(guī)劃、設計和建設方法，這其中包括數據中心。然而，對于量子計算何時能突破實驗階段，成為數據中心運營中的現(xiàn)實應用，業(yè)界意見分歧。

鳳凰城大學近期對 1000 名美國 IT 專業(yè)人士進行的一項調查顯示，量子計算將在 2025 年成為一項重要的新興技術。

不過，盡管調查中近一半受訪者認為量子計算將在十年內對 IT 基礎設施產生顛覆性影響，但很多人仍不確定其具體影響到底如何。

在數據中心行業(yè)面臨對計算能力和能源效率前所未有的需求之際，我們采訪了一些專家，聽取他們對量子計算時間表及其對該行業(yè)潛在影響的看法。

一個復雜的問題

量子計算利用量子力學原理，通過操控量子比特 (qubits) 來進行計算，從而比傳統(tǒng)計算機更快地解決復雜問題。

隨著計算需求激增以及能源限制日益嚴格，政府和科技巨頭正攜手推動量子計算的發(fā)展。

2024 年 7 月，IBM 和日本國立先進工業(yè)科學技術研究所 (AIST) 聯(lián)合開展了下一代量子計算機的開發(fā)工作。

盡管量子計算對數據中心運營的影響可能深遠，例如 IBM 正在為紐約和德國的數據中心引入量子計算技術，但其所面臨的挑戰(zhàn)同樣巨大。

鳳凰城大學應用工程副總裁 Todd Johnson 在接受 Data Center Knowledge 采訪時表示，與經典計算不同，量子機器需要極為特殊的環(huán)境支持——比如低溫冷卻、電磁屏蔽以及抗震隔離等。

“這些要求絕對會重塑未來數據中心的設計，不僅在物理結構上，而且在其運營方式和工作負載安全性上都會產生重大影響，”他說。

Johnson 指出，諸如 AWS 在內的多家公司已經正通過 Amazon Braket 等服務將量子計算整合到其生態(tài)系統(tǒng)中，而 Microsoft Azure 則通過 Azure Quantum 提供靈活的量子資源配置。

這些平臺正在為混合量子-經典環(huán)境打下基礎，減少對現(xiàn)場量子硬件的依賴，這意味著未來的數據中心可能不再局限于物理空間，而更多地依賴云原生編排技術。

IBM 的 Heron 芯片相比之前的 IBM 量子計算機性能提升達 16 倍，速度提升達 25 倍。 圖片來源：IBM。

基礎設施密集、環(huán)境脆弱

Johnson 概述了量子計算如何在數據中心環(huán)境中“改寫劇本”，改變了對能源消耗和冷卻需求的認知。

“雖然實際計算效率更高，但為了使量子機器運行所需要的環(huán)境，尤其是要將溫度降至接近絕對零度，其能耗非常巨大，”他說。

當企業(yè)將其基礎設施遷移到云平臺，并將 CRM、HCM 和統(tǒng)一通信平臺 (UCP) 等關鍵平臺轉變?yōu)樵圃姹緯r，就能減少 24/7 運行大規(guī)模物理服務器所耗費的能量。

“如果量子計算能夠在規(guī)模上實現(xiàn)商業(yè)化，云服務合作伙伴很可能會承擔冷卻和能量開銷，”Johnson 表示，“這對可持續(xù)發(fā)展和專注核心業(yè)務都是一個利好。”

Omdia 高級計算部門首席分析師 Alexander Hallowell 指出，除非當前那些較為前沿的技術方案（例如光子學或基于半導體的某些技術）證明其可靠性，否則量子計算很可能會依然依賴于高強度基礎設施并且環(huán)境上也會較為脆弱。

“數據中心必須提供對環(huán)境干擾的嚴格隔離，以及諸如低溫冷卻等全新的支持服務，”他解釋道。

他預測，在主流數據中心運營中采用量子計算至少還需五年，可能“遠不止如此”。他補充說，目前很難預測這項技術的普及將如何影響下一代數據中心的規(guī)模、布局和基礎設施優(yōu)先級。

“可以肯定的是，量子計算將會是大量經典計算能力和 GPU 的補充，而非取而代之，”Hallowell 表示。

量子與經典之間的對話

在 Johnson 看來，一個巨大挑戰(zhàn)在于構建一個混合模型，使量子系統(tǒng)與經典系統(tǒng)能夠高效對話。

“如今的應用和平臺是基于二進制邏輯構建的；而量子引入了概率性邏輯——這完全是另一種玩法，”他說。

整合能夠利用量子優(yōu)勢（如優(yōu)化問題和復雜仿真）同時又能保持其他任務在經典系統(tǒng)上運行的接口、中間件及編排工具，是一大挑戰(zhàn)。

“轉向云原生應用可能使企業(yè)處于有利位置，因為各大平臺或許已經開始在其產品路線圖中融入量子技術，”他補充道。

這意味著企業(yè)可以在不必完全重構現(xiàn)有系統(tǒng)的情況下，享受到量子創(chuàng)新的帶來的優(yōu)勢。

“這不是要取代經典計算，而是在適當的場景下對其進行增強，”Johnson 解釋道。

空間、時間、專業(yè)技能——以及成本

量子計算所涉及的高昂成本起初將成為許多中小型數據中心企業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。

前 ISACA 董事會主席兼 Crypto Quantique 主席 Rob Clyde 表示，一臺量子計算機（包括制冷設備）在規(guī)模化部署時可能要耗資高達 1 億美元。

他補充說，目前具備量子計算操作和編程的專業(yè)人士非常稀缺。

“由于我們需要一支合格的隊伍來操作及編寫這些量子計算機代碼，因此這將成為一個重大問題，必須通過培訓和教育措施加以解決，”Clyde 指出。

量子計算機也缺乏類似于經典計算機所擁有的高級編程語言——對此，Clyde 指出業(yè)界正在努力解決，但這需要時間。

他解釋說，數據中心還必須有足夠的空間來滿足量子計算機的安裝需求——由于制冷設備的原因，可能需要占用一百多平方英尺。

“數據中心的設計必須考慮到這一點，”他說，“當然，如果未來的量子計算機不再需要這種極端的冷卻條件，情況或許會有所改變。”

他還指出，數據中心的布局設計必須考慮到量子計算機不能與經典計算機系統(tǒng)并置放置，必須有適當的屏蔽措施，否則噪音會影響量子計算機并增加錯誤率。

此外，數據中心還需要構建一個將量子計算機與經典計算機互聯(lián)的網絡基礎設施。

“在最初階段，這很可能在每個數據中心會以定制化方式進行，但最終市面上會有標準化的現(xiàn)成解決方案，使得這一過程更容易管理，”Clyde 說。

在這個過程中，還會制定相關標準和協(xié)議，從而使數據中心和企業(yè)能夠更好地實現(xiàn)互聯(lián)。

“很多聰明人正緊鑼密鼓地解決這些問題，”Clyde 表示，“未來幾年內我們或許能看到顯著的進展。”