米国エネルギー省は、AIを活用した量子アプリケーション開発に焦点を当てたジェネシス・ミッション・プロジェクトのフェーズIにおいて、IBMを選定した。IBMはまた、今後5年間で、エネルギー省傘下の国立研究所とそのパートナーに対し、最大5,000万ドル相当のIBM量子システムへのアクセスを提供する予定である。
ジェネシス・ミッションは、AI、従来の高性能コンピューティング、量子コンピューティング、科学機器、研究データを統合した国家的な科学計算フレームワークを構築するプロジェクトです。IBMの選定により、ジェネシス・ミッションの申請募集プロセスにおける最初のプロジェクト群に量子コンピューティングの要素が加わりました。
この取り組みは、DOEがオークリッジ国立研究所に計画しているコンピューティングインフラストラクチャを補完するものです。既報の通り、AMDのLuxシステムは、資金提供を受けたプロジェクトが2026年10月から使用を開始する予定の、最初の完全稼働型Genesis Missionプラットフォームとなる見込みです。Luxは、AMD Instinct MI355X GPU、 EPYC CPU、およびPensandoネットワークを組み合わせ、AIサービス、従来のHPCワークロード、シミュレーション、およびデータ集約型研究ワークフローをサポートします。IBMの貢献は、従来のシステムやAIだけでは不十分なワークロード向けに、量子リソースを含めるようにこのモデルを拡張することにあります。
AI支援による量子アプリケーション開発
IBMのフェーズIプロジェクトでは、量子コンピューティングアプリケーションを特定するための逆ワークフローを検証します。科学的な問題から始めて量子アルゴリズムを探すのではなく、既知の量子アルゴリズムから始め、エージェント型AI研究アシスタントを使用して、アルゴリズムの要件を満たす科学的な問題を既発表の文献から見つけ出すことをIBMは計画しています。
このシステムは、研究論文を精査し、アルゴリズムと問題の適合可能性を特定し、人間が定義した基準に基づいて評価し、研究者が評価するための説明を生成する。目的は、科学文献の調査に伴う手作業を削減し、見落とされがちな応用候補を発掘することである。
米国エネルギー省（DOE）のフェーズI助成金は、大規模な資金提供と導入に先立ち、研究ワークフローを確立し、検証することを目的としています。研究チームは、AIを活用したアプローチが発見の加速、予測精度の向上、実験ワークフローの改善、あるいは新たな研究機会の特定に役立つかどうかを評価します。
エネルギー省研究所が利用できる量子システム
IBMは、156量子ビットのIBM Quantum Heronや120量子ビットのIBM Quantum Nighthawkなどのシステムを、米国エネルギー省傘下の国立研究所とその研究パートナーに提供すると発表した。同社はまた、量子ハードウェアを研究所の既存のAIおよびHPC環境に統合するための技術サポートも提供する。
IBMは15基の量子システムを運用しており、システム全体の稼働率は97%以上を誇ります。最新のNighthawkアーキテクチャは、120個のプログラム可能な量子ビットを備え、5,000種類以上の量子演算をサポートし、毎秒最大100,000万回路のスループットを実現します。
このプログラムの実用性は、量子ハードウェア単体ではなく、ワークフローとの統合にかかっている。量子システムは選択的に利用される可能性が高く、AIは広範な研究領域を絞り込み、従来のGPUアクセラレーション対応スーパーコンピュータはシミュレーションとデータ処理を担当する。そして、量子プロセッサは、古典的な手法では効率的にモデル化することが難しいワークロードの特定の部分に集中させることができる。
溶融塩の研究がモデルを説明する
IBMは、このアプローチの一例として、オークリッジ国立研究所およびクリーブランド・クリニックとの最近の共同研究を挙げた。これらの組織は、量子力学を中心としたワークフローを用いて、核融合エネルギーシステムにおけるトリチウム燃料製造に関連する溶融塩の研究を行った。
AIエージェントは、オークリッジ国立研究所（ORNL）の溶融塩研究アーカイブ（約70年にわたる研究実績を網羅）から候補となる材料を検索・選別した。GPUアクセラレーション対応スーパーコンピュータは、選別された材料のモデル化に使用され、量子コンピュータはシミュレーションの中でも計算負荷の高い部分に用いられた。
この分業体制は、より広範なジェネシス・ミッションのアプローチと合致している。Luxは、シミュレーション、デジタルツイン、自律型実験環境、永続的なAIサービスなど、統合されたAIとHPCのワークフローのための短期的なプラットフォームを提供すると期待されている。IBMのプロジェクトでは、適切な科学的アプリケーションが登場するにつれて、これらのワークフローに接続できる追加リソースとして量子コンピューティングが導入される。
ジェネシス・ミッションのロードマップには、2028年にオークリッジ国立研究所（ORNL）に納入予定のエクサスケール級システムであるディスカバリーも含まれています。ディスカバリーは、第6世代AMD EPYC「Venice」CPU、AMD Instinct MI430X GPU、およびDAOSストレージを備えたHPE Crayプラットフォームを使用する予定です。Lux、ディスカバリー、および関連する量子リソースは、AI、HPC、データ、および新興コンピューティングアーキテクチャを科学研究ワークフローに段階的に統合することを中心としたDOEの戦略を概説しています。
IBMは既に、ローレンス・バークレー国立研究所、オークリッジ国立研究所、ロスアラモス国立研究所といった米国エネルギー省（DOE）傘下の研究所と連携している。ジェネシス・ミッション・プロジェクトは、国立研究所に導入されているAIおよびHPC（高性能コンピューティング）インフラと並行して、量子コンピューティングが測定可能な価値を提供できる分野を評価するための新たな道筋を正式に確立するものである。
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