NVIDIA ogłosiła pierwszą na świecie zunifikowaną platformę obliczeniową na konferencji Q2B w Tokio . Platforma programistyczna przyspieszy przełomy w badaniach i rozwoju kwantowym w obszarach sztucznej inteligencji, obliczeń o wysokiej wydajności (HPC), opieki zdrowotnej, finansów i technologii.
Architektura NVIDIA Quantum Optimized Device Architecture (QODA) upraszcza i usprawnia rozwój hybrydowych obliczeń kwantowo-klasycznych, pokonując bariery w dziedzinie obliczeń kwantowych. QODA tworzy otwarte, ujednolicone środowisko obejmujące jedne z najpotężniejszych komputerów i procesorów kwantowych, zwiększając produktywność naukową i umożliwiając większą skalę badań kwantowych.
Co to są obliczenia kwantowe?
Jak wynika z wpisu na blogu Diona Harrisa z firmy NVIDIA, obliczenia kwantowe to zaawansowane podejście do przeprowadzania obliczeń równoległych, wykorzystujące prawa fizyki rządzące cząsteczkami subatomowymi, by zastąpić prostsze tranzystory we współczesnych komputerach.
Komputery kwantowe dokonują obliczeń za pomocą kubitów – jednostek obliczeniowych, które mogą być włączone, wyłączone lub przyjmować dowolną wartość pomiędzy nimi, zamiast bitów w tradycyjnych komputerach, które są albo włączone, albo wyłączone, albo mają wartość jeden lub zero. Zdolność kubitu do życia w stanie pośrednim – zwanym superpozycją – dodaje potężne możliwości do równania obliczeniowego, dzięki czemu komputery kwantowe są lepsze w niektórych dziedzinach matematyki.
Współczesne komputery używają ośmiu bitów do reprezentowania dowolnej liczby z zakresu od 0 do 255, wykonując obliczenia pojedynczo. Komputer kwantowy może jednocześnie używać ośmiu kubitów do reprezentowania każdej liczby z zakresu od 0 do 255. Przetwarzanie odbywa się jednocześnie, a nie sekwencyjnie, co pozwala na uzyskanie wyników w ciągu kilku sekund.
Dzięki kubitom komputery kwantowe mogłyby wykonywać obliczenia w ciągu kilku minut, podczas gdy klasyczne komputery mogłyby je wykonać setki lub tysiące lat, gdyby w ogóle były w stanie je ukończyć.
Eksperci z dziedziny HPC i AI mogą używać QODA do łatwego dodawania obliczeń kwantowych do istniejących aplikacji, wykorzystując zarówno dzisiejsze procesory kwantowe, jak i symulowane przyszłe maszyny kwantowe przy użyciu systemów NVIDIA DGX oraz dużej zainstalowanej bazy procesorów graficznych NVIDIA dostępnych w naukowych centrach superkomputerowych i chmurach publicznych.
Według Tima Costy, dyrektora działu HPC i produktów do obliczeń kwantowych w firmie NVIDIA:
„Przełomy naukowe mogą nastąpić w niedalekiej przyszłości dzięki rozwiązaniom hybrydowym łączącym obliczenia klasyczne i kwantowe. QODA zrewolucjonizuje obliczenia kwantowe, oferując programistom wydajny i produktywny model programowania”.
Pakiet SDK NVIDIA cuQuantum
Podczas konferencji GTC na początku tego roku firma NVIDIA ogłosiła pakiet cuQuantum SDK , który ma przyspieszyć symulacje obwodów kwantowych na procesorach GPU. Wstępne badania sugerują, że cuQuantum będzie w stanie zapewnić przyspieszenie o rzędy wielkości.
NVIDIA i Caltech przyspieszyły najnowocześniejszy symulator obwodów kwantowych za pomocą oprogramowania cuQuantum działającego na procesorach graficznych NVIDIA A100 Tensor Core. Wygenerował on próbkę z pełnoobwodowej symulacji układu Google Sycamore w 9.3 minuty na platformie Selene, co 18 miesięcy temu eksperci uważali za zadanie, które zajęłoby kilka dni przy użyciu milionów rdzeni procesora.
Wiodące organizacje zajmujące się technologiami kwantowymi już korzystają z procesorów graficznych NVIDIA i zestawu narzędzi programistycznych (SDK) NVIDIA cuQuantum, aby przyspieszyć rozwój indywidualnych symulacji obwodów kwantowych na procesorach graficznych. QODA rozszerza działalność badawczą firmy NVIDIA w dziedzinie technologii kwantowych.
wysiłki wykorzystując środowiska symulacyjne cuQuantum.
Firma NVIDIA poinformowała również o nawiązaniu współpracy w ramach programu QODA z dostawcami sprzętu kwantowego: IQM Quantum Computers, Pasqal, Quantuum, Quantum Brilliance i Xanadu; dostawcami oprogramowania: QC Ware i Zapata Computing; oraz ośrodkami superkomputerowymi: Forschungszentrum Jülich, Lawrence Berkeley National Laboratory i Oak Ridge National Laboratory.
Poznaj QPU i systemy hybrydowe
Tim Costa z firmy NVIDIA opublikował wpis na blogu poświęcony systemom kwantowym, technologii QODA oraz hybrydowym systemom klasyczno-kwantowym. Główną tematyką wpisu była dyskusja z Kristel Michielsen z Jülich Unified Infrastructure for Quantum Computing (JUNIQ).
Michielsen, który kieruje programem kwantowym w Centrum Superkomputerowym Jülich w pobliżu Kolonii, wyjaśnił:
„Nie możemy kontynuować pracy z dzisiejszymi komputerami klasycznymi, ponieważ zużywają one tak dużo energii, że nie potrafią rozwiązać niektórych problemów. Ale w połączeniu z komputerami kwantowymi, które nie będą zużywać tak dużo energii, wierzę, że istnieje potencjał rozwiązania niektórych z naszych najbardziej złożonych problemów”.
Tim wyjaśnia, że procesory kwantowe, znane również jako QPU, wykorzystują właściwości mechaniki kwantowej i idealnie nadają się do symulowania procesów na poziomie atomowym, co umożliwia fundamentalne postępy w chemii i nauce o materiałach, wpływając na wszystko – od wydajniejszych baterii po skuteczniejsze leki.
Chociaż dostępnych jest kilka prototypów komputerów kwantowych, wciąż znajdują się one w fazie początkowej i nie zapewniają wystarczającej mocy ani niezawodności, aby sprostać wymaganiom komercyjnym. Naukowcy łączą klasyczne systemy HPC z komputerami kwantowymi, aby rozwiązać ten problem. Michielsen twierdzi, że „da nam to to, co najlepsze z obu światów”. Jülich i inni badacze budują te systemy już dziś.
Przeczytaj cały wpis blogowy Tima na temat Jülich Quantum.
Biorąc pod uwagę, że branżą komputerów kwantowych dominuje obecnie kilku kluczowych graczy, NVIDIA QODA może stworzyć nową klasę deweloperów, którzy będą w stanie wykorzystywać otwarte i interoperacyjne standardy na różnych platformach sprzętowych i programowych.
Dowiedz się więcej o NVIDIA QODA.
Amazon