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遇事不決量子力學(xué)？量子計算提速光追190%

來源：中關(guān)村在線 2022-05-21 07:33:51

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一個由英國、美國和葡萄牙的研究人員組成的國際團(tuán)隊認(rèn)為，他們已經(jīng)找到了解決光線追蹤性能要求過高的答案。據(jù)他們說，答案在于經(jīng)典光線追蹤算法與量子計算的混合。根據(jù)研究論文（目前在預(yù)印本中），在量子計算的幫助下，光線追蹤的工作負(fù)載可以通過削減每條光線所需的計算數(shù)量來提供高達(dá)190%的性能改進(jìn)，從而大大降低了對技術(shù)的要求。

在圖形技術(shù)中引入光線追蹤，標(biāo)志著我們渲染游戲的方式發(fā)生了重大演變。然而，與

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這項技術(shù)的開創(chuàng)性相比，它的采用和性能卻相對有限。部分原因是光線追蹤對硬件和計算的要求很高，即使是世界上最強(qiáng)大的GPU也會因此而屈服。此外，對專用硬件的需求將大多數(shù)用戶擋在了這項技術(shù)之外，除非有獨立的GPU升級可以處理這種工作負(fù)載。

目前，所有GPU供應(yīng)商的升級技術(shù)都在激增。Nvidia的DLSS，AMD的FSR 1.0和FSR 2.0，以及英特爾即將推出的XeSS，主要是為了抵消啟用光線追蹤所帶來的極端性能損失。這些技術(shù)通過降低渲染像素的數(shù)量來降低特定場景的計算復(fù)雜性，然后再應(yīng)用一種算法將圖像重建到目標(biāo)輸出分辨率。盡管自這些軟件套件推出以來，圖像質(zhì)量不斷得到改善，但這種方法并非沒有注意事項。

(圖片來源：《邁向量子光線追蹤》論文)

這篇研究論文提供了另一種大幅降低光線追蹤計算費用的方法。研究人員最終通過用三種方法渲染一個128x128的小型光線追蹤圖像來證明他們的主張：經(jīng)典渲染、非優(yōu)化量子渲染和優(yōu)化量子渲染。結(jié)果不言而喻：經(jīng)典的渲染技術(shù)需要在這個微小的3D圖像上計算26.78億個光線交叉點（每條光線64個）。未經(jīng)優(yōu)化的量子技術(shù)幾乎將這一數(shù)字減半，每條光線只需要33.6個交點的評估（總共13.66億個光線交點）。最后，優(yōu)化后的量子-經(jīng)典混合算法只用89.6萬次相交評估就成功地渲染了相同的圖像，平均每條光線22.1次--與目前的渲染技術(shù)所達(dá)到的每條光線64次相差甚遠(yuǎn)。

由于今天的量子計算機(jī)的性能相對較低（用量子體積指標(biāo)表示），對渲染場景的復(fù)雜性有一個硬性限制。渲染每張圖片需要每張圖片數(shù)小時的計算時間。出現(xiàn)這種情況的部分原因是，量子計算設(shè)備仍在NISQ（嘈雜的中尺度量子）產(chǎn)品類別下開發(fā)--足以用于量子模擬，但不適合部署量子混合渲染器。

但考慮到近年來量子計算的發(fā)展節(jié)奏--有些人可能會說是爆炸性的，研究人員對中期混合渲染的設(shè)想可能有助于將物理學(xué)上的精確渲染帶到更廣泛的人群中。IBM公司的目標(biāo)是在未來幾年內(nèi)大幅擴(kuò)大量子體積，加速超越我們在該領(lǐng)域看到的每年翻倍的量子體積。

雖然這項研究為未來經(jīng)典和量子渲染之間的混合方法打開了大門，但目前的量子計算狀態(tài)可能使研究人員的成果在實際應(yīng)用出現(xiàn)之前的幾年時間里（研究人員表示為中期）。

此外，該算法的整合是否需要專門的量子能力電路還有待觀察。如果是這樣，這可能會將這些發(fā)展的成本和時間框架進(jìn)一步推向未來。

然而，對云游戲的推動--以及基于云的量子計算的改進(jìn)--可能會使這種新的渲染系統(tǒng)更快地進(jìn)入市場，將硬件成本抵消在大型游戲公司而不是最終用戶身上。量子xCloud，任何人都能享受高性能光追？

遇事不決量子力學(xué)？量子計算提速光追190%

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