在線零售業巨頭亞馬遜已經將眾多NP問題嵌套起來，希望搞清楚如何用最少時間或最低資源投入從全美各處倉庫中提取特定商品交付到買家手中，這需要極高的計算強度和頻繁的應用需求。
亞馬遜旗下雲計算部門亞馬遜雲科技於2021年10月，在加利福尼亞理工學院投資興建了AWS量子計算中心，希望尋求可行的求解器選項。面對大量有限元分析程序和電磁模擬工具，亞馬遜還決定在GitHub上建立Palace開源項目，並建立相應的社區。
Palace的全稱為Parallel Large Scale Computational Electromagnetics，即大規模計算電磁學。「麥克斯韋奇妙方程」的宏觀形式相信很多人在大學中已經有所接觸，但面向原子水平的微觀形式完全是另一個世界，而且又是超導量子晶片的設計基礎。不過AWS別無選擇，為了幫助亞馬遜找到超大規模場景下的推銷員差旅優化之解，同時將解決成本控制在合理水平，他們必須全力以赴。
AWS已經開放一項量子計算服務，名為Bracket，可供企業客戶配合現有IonQ、OQC、Rigetti、Xanadu、QuEra等設備一同使用（但很奇怪，支持清單中沒有出現D-Wave Systems）。母公司亞馬遜肯定已經用上了這些設備，而且鼓勵AWS將其以服務形式開放給用戶，這樣我們所有人都能為亞馬遜的量子計算探索分攤一點成本。亞馬遜的戰略意圖一直沒有清晰：正如其認定需要CPU SoC層級的創新來改進伺服器設計，包括以Arm架構為基礎打造Nitro DPU和Graviton CPU；亞馬遜知道推動量子計算創新的唯一道路，就是設計自己的超導量子計算晶片。
而最終帶來的成果不只是AWS量子處理器，還包括研究員Sebastian Grimberg提出的「超導量子計算晶片」這個術語。目前還不清楚AWS在量子晶片設計中採用了怎樣的方法，又獲得了怎樣的成效；唯一可以肯定的，就是對AWS而言現有工具成本過高，根本沒辦法應用於大規模計算。
AWS高性能計算（HPC）總經理、HPC系統長期用戶兼設計師Ian Colle表示，「這是個非常困難的問題，其中糾錯機制極具挑戰性。我們的量子計算團隊意識到這一差距的存在，市面上的相關工具也過於昂貴。所以基於部分開源成果，我們決定向其中引入智能，藉此創建出新的、性能更高的工具，有望在規模求解器上構建起量子電腦。」
最終誕生的Palace求解器目前可在Arm CPU和x86 CPU上運行，但量子計算中心高級研究科學家Grimberg表示，Palace所能實現的不止於電磁模擬，更適用於流體動力學、計算流體動力學等領域的高複雜度微分方程。Grimberg擁有斯坦福大學航空與宇航學博士學位，應用研究科學家Hugh Carson則憑藉對計算流體動力學的研究獲得了麻省理工計算科學博士學位。從這個角度看，亞馬遜應該是對計算流體動力學也抱有興趣。
AWS在博文中展示了Palace的功能，即通過粗細網格模型模擬和讀取transmon（頻率可調的諧振器）量子比特，藉此實現物理效應仿真。目前我們關注的是模擬當中壁鍾時間的相互作用，以及用於transmon量子比特及其諧振器模擬的核心數量。此外，AWS的研究重點還包括Graviton 3（C7g）與Graviton 2（C6g）實例對基於x86架構實例的模擬，還有如何通過更多核心在有限元模擬中擴展自由度。
下圖所示，為1550萬個自由度的模擬中，為粗網格模型添加更多核心時的壁鍾時間與提速因數：
至於對於使用Palace求解器的應用程序，Graviton晶片已經足以抗衡最新一代至強SPS，但尚不清楚為什麼C5N實例中的「Skylake」至強SP也有類似的性能表現（如圖）。
下圖為具有2.462億個自由度的較高解析度模擬，這需要將核心數量增加了幾千個，整個運行周期也延長到了約12分鐘（粗網格模型為1.4分鐘）。很明顯，15.8倍的自由度提升成本不菲：
為了推動Palace穩步發展，AWS量子團隊基於一系列集總元件微波諧振器進行了超導超穎材料波導模擬——聽不懂沒關係，熟悉這種艱深概念的話亞馬遜肯定要給各位提供個崗位了。其基本思路是以1 MHz為增量預測波導在4 GHz至8 GHz範圍內的傳輸特性，並以2.422億個自由度為起點進行縮放測試，單一超穎材料的單一晶格為14億個自由度，共涉及21個超穎材料晶格。整個模擬完全在C6gn Graviton 2實例中進行，總計200個實例可提供最多12800個核心，如圖所示：
上圖所示為自適應和均勻兩種採樣模式，有趣的是Palace求解器確實能夠在12800個Graviton 2核心上進行擴展。據推測，AWS拿不出足夠的Graviton 3核心來進行C7g實例測試。但如果可以，壁鍾時間應該會有所降低、仍可擴展至全部核心、測線陡峭度也相同。
順帶一提，這些測試中使用的實例是由AWS開發的ParallelCluster工具設置的，能夠輕鬆通過匯聚多個節點建立起虛擬MPI集群，從而運行Palace求解器。
至於什麼時候才能看到AWS自家原研的量子晶片，暫時還不得而知，估計短時間內可能性不大。
Colle總結道，「我們正努力開發屬於自己的量子電腦。目前我能說的就這麼多，只要確定計劃可行，我們會立即將成果推向市場。」
