【現場】「解決新藥開發難題」……延世大學、IBM啟動次世代量子電腦

[IT Daily] 4日，仁川松島延世大學國際校區量子運算中心舉行了「次世代量子運算平台啟用儀式」與「次世代量子運算平台啟用紀念媒體簡報會」。現場，延世大學與 IBM 相關人士在搭載最新量子處理器的「IBM Quantum System One」前合影留念。照片由記者 Kim Ho-jun 拍攝。

當天簡報會介紹了導入最新處理器「IBM Quantum Nighthawk(Nighthawk) R2」的意義。延世大學量子事業團團長鄭在浩表示，開發1款新藥需要15年、數兆韓元的費用，成功率則不到10%。

鄭在浩還指出，臨床試驗前的候選物質發掘與最佳化階段，是歷時7至8年的計算密集領域。他接著說，量子電腦是緩解運算瓶頸、縮短創新新藥送達患者時間的關鍵工具。

延世大學與 IBM 當天上午啟動了升級版「IBM Quantum System One(Quantum System One)」。這次升級採用了 Nighthawk R2。延世大學曾於2024年導入以127量子位元的「Eagle(Eagle)」處理器為基礎的 Quantum System One。

延世大學成為 IBM Quantum Network 參與機構中，首個在自有設施建置 Nighthawk 處理器的案例。Nighthawk R2 是 IBM 於9月公開的最新量子處理器。該處理器規格為120個可程式化量子位元。

Nighthawk R2 的特點是高速量子位元重設架構。IBM 表示，這種架構可降低錯誤率並提升運算處理速度。Nighthawk R2 的性能為每秒執行超過10萬個電路，處理量是前一代「Heron(Heron)」的25倍。

IBM 不僅擴大量子位元數量，也改變了 Nighthawk 的晶片結構本身。Nighthawk 在整個晶片中配置了458個實體量子位元，與 Eagle(127量子位元)相比，整合規模擴大了3.6倍以上。其中，實際執行運算的可程式化量子位元為120個，其餘實體量子位元則負責控制量子位元之間的干擾並提升精準度。此外，Nighthawk 也改變了量子位元的連接結構。

Nighthawk 採用格狀結構，可讓最多4個量子位元相連。IBM 表示，這種格狀結構改善了量子位元之間資料傳遞過程中出現的運算延遲與錯誤。這與延世大學原有的 Eagle 晶片以蜂巢形態配置127個量子位元，並連接相鄰2至3個量子位元的方式形成對比。

根據 IBM 發布的資料，Nighthawk 以2量子位元閘為基準的運算準確度約為99.7%。2量子位元閘是形成兩個量子位元糾纏的運算單位，可讓計算同時處理。Nighthawk 的錯誤水準約為每1000次運算3次。由於量子位元只要有極微小變化，量子態就可能崩潰，進而容易引發運算錯誤，因此 Nighthawk 降低錯誤率是一項具意義的成果。

IBM 將延世大學導入 Nighthawk 定位為邁向2029年 FTQC 商業化的里程碑。FTQC 是透過在運算中偵測與更正錯誤來提升準確度的量子電腦。

IBM Fellow、Quantum-Centric Supercomputing CTO Jerry Chow 表示，Nighthawk 相較既有量子處理器的運算速度快25倍，錯誤率也有所改善。

Jerry Chow 表示，IBM 正開發可在維持每秒10萬個電路執行速度的同時，將可程式化量子位元增加到500個以上的次世代處理器。他說，公司計畫在未來2年內建置500量子位元級裝置互連系統，該系統目標是驅動1000個以上量子位元。

4日，仁川松島延世大學國際校區量子運算中心舉行了「次世代量子運算平台啟用紀念媒體簡報會」。現場出席者包括延世大學量子事業團團長鄭在浩、IBM Fellow 兼 Quantum-Centric Supercomputing CTO Jerry Chow，以及 IBM 量子演算法中心主任白漢熙。照片標示為 Kim Ho-jun 記者。

這場簡報會是在延世大學以性能強化的量子電腦為基礎，推動生技、新藥開發及跨學科融合研究的趨勢中安排的。延世大學正以強化後的量子電腦性能為基礎，推動生技、新藥開發及跨學科融合研究。

量子電腦並非在所有運算上都優於傳統電腦。不過，在特定運算中具有高性能，應用領域包括在多個選項中尋找最佳路徑、解決質因數分解難題，以及分子與量子模擬。

生技與製藥領域對量子電腦的關注升溫，也與這類運算特性有關。在新藥開發過程中，探索致病蛋白質與模擬治療物質需要長時間，而候選物質探索期間有望從8年縮短。依此看來，量子電腦在相關過程中可能比超級電腦更快解題，因此也令人期待新藥開發加速。

鄭團長表示，在新藥開發中，尋找致病蛋白質與治療用化合物約需8年，若改用量子電腦取代既有 AI 演算法，速度預計可提升40%至50%。

延世大學正在執行保健福祉部的韓式 ARPA-H 專案，建構量子演算法與 AI 並行結合的計算流程。該專案目標是將標的蛋白質發掘期間從1至2年縮短為5個月，並將先導化合物最佳化期間從4年縮短為2年。先導化合物是指對特定疾病標的展現藥理活性、可望具有治療效果的新藥開發初期化合物。

鄭團長表示，在新藥開發中，即便是小幅提升運算性能，也能讓治療藥物更早送達患者手中，並有助於降低藥價。他還說，拯救那些因無法取得治療而可能失去生命的患者，是量子運算的社會價值。

4日，在仁川松島延世大學國際校區量子運算中心，IBM 次世代量子處理器「Quantum Nighthawk」進行了運作示範。示範現場展示了延世大學量子電腦的運算結果傳送至日本理化學研究所超級電腦「Fugaku」的過程。當天也介紹了推動克服量子電腦物理限制的混合式基礎設施串聯成果。

IBM 正推動量子電腦與超級電腦連結型混合式基礎設施的開發。量子電腦對特定問題有效，但也具有錯誤頻繁發生的特性。此外，它也有無法包辦所有問題的限制。

因此，這種連結方式的架構是由傳統電腦負責一般運算工作，量子電腦則負責需要量子力學特性的領域。當天介紹的混合式基礎設施串聯成果，重點正是以這種方式補強量子電腦的限制。

延世大學與 IBM 與日本理化學研究所(RIKEN)合作，透過專用通訊網路將松島的量子電腦與神戶市的超級電腦「Fugaku(Fugaku)」連接起來。運作結構是將量子電腦的運算結果傳送至 Fugaku，再將 Fugaku 的最佳化結果回傳至延世大學。傳輸延遲時間約為20毫秒(ms)。

延世大學在擴大量子領域基礎的過程中，除了擴展國內教育與研究，也正與海外知名大學尋求合作。延世大學目前正與英國劍橋大學討論設立量子研究所的相互分支據點，而劍橋大學的產學合作專責部門「劍橋企業」預計將於本月在延世大學設立亞洲首個據點。

當天座談會上，討論了量子電腦的運作方式與費用相關問題。鄭團長表示，這次升級投入的費用規模並未公開。他也說，處理器更換是根據延世大學過去2年的教育與研究成果，與 IBM 討論後決定的事項。此外，他指出雙方是以訂閱模式簽訂導入合約，升級本身沒有產生額外費用。

延世大學自2024年導入 Quantum System One 以來，持續致力於擴大普及。校方開設了 Quantum Academy，並針對國小、國中、高中學生以及一般民眾營運教育課程。去年，研究所開設了量子資訊科學課程，目前正培育50多名碩博士生。校方希望在這樣的基礎上，這次升級能成為其作為量子研究與產學合作據點的契機。

來源: IT DAILY · Kim Ho-jun 原文: https://www.itdaily.kr/news/articleView.html?idxno=242700

參考資料

• https://www.itdaily.kr/news/articleView.html?idxno=242700