IBM ir AMD sujungė kvantinį procesorių su superkompiuteriu: sieks išspręsti didžiausią klaidų problemą

Sekite TechNaujienos Google

Didžiausią kvantinių kompiuterių pažangos kliūtį gali padėti įveikti ne vien daugiau kubitų, bet ir galinga įprastų procesorių infrastruktūra. Lapkričio 5 dieną IBM, AMD ir JAV Oak Ridge nacionalinė laboratorija paskelbė apie bendrą tyrimų platformą, skirtą kvantinių skaičiavimų klaidų korekcijai. Joje kvantiniai procesoriai bus glaudžiai derinami su didelio našumo skaičiavimo sistemomis.

Šis žingsnis svarbus todėl, kad kvantinis bitas, arba kubitas, yra daug jautresnis aplinkos trikdžiams nei įprastas kompiuterio bitas. Net nedidelis išorinis poveikis gali sugadinti skaičiavimo rezultatą, todėl naudingam darbui reikia ne tik atlikti operacijas, bet ir nuolat nustatyti bei taisyti klaidas. Tokios procedūros pačios pareikalauja milžiniškų skaičiavimo išteklių.

Remiantis oficialiu bendro projekto pranešimu, pirmasis diegimas jungia IBM kvantinius kompiuterius, įskaitant 120 kubitų „Quantum Nighthawk“, ir Oak Ridge „Umbra“ sistemą, kurioje veikia „AMD Instinct MI355X“ grafikos procesoriai bei penktosios kartos „EPYC“ centriniai procesoriai.

Kodėl kvantiniam kompiuteriui reikia įprasto superkompiuterio

Kvantinio skaičiavimo metu būtina analizuoti matavimų rezultatus ir nuspręsti, ar juose pasitaikė klaidų. Šį darbą atlieka klasikinė skaičiavimo dalis, kuri gauna informaciją iš kvantinio procesoriaus ir gali nurodyti, kaip koreguoti tolimesnes operacijas. Jei atsakymai vėluoja, kvantinė sistema gali prarasti dalį praktinio pranašumo.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 8 val

„IonQ“ paskelbė 336 proc. pajamų šuolį: kvantinių kompiuterių bendrovė taikosi į 515 mln. dolerių metus

5 min. skaitymo • prieš 8 val

„Hubble“ atskleidė neįprastą 27 500 šviesmečių nutolusio žvaigždžių spiečiaus istoriją: jis galėjo būti užgrobtas

4 min. skaitymo • prieš 8 val

„Axon“ investuoja 1,2 mlrd. dolerių į „Skydio“: policijos dronai gali tapti kasdienybe

Visi naujausi straipsniai →

„Umbra“ infrastruktūra suteiks galimybę lyginti skirtingus klaidų atpažinimo algoritmus, tikrinti jų greitį ir nustatyti, kiek procesorių bei atminties reikia konkrečioms korekcijos schemoms. Grafikos spartintuvai gali būti ypač naudingi tada, kai vienu metu tenka apdoroti daug matavimų ar sudėtingus statistinius modelius.

Tyrėjai ketina analizuoti ne vien atskirus įrenginius, bet visą sistemos architektūrą: kaip suderinti kubitų operacijas, duomenų perdavimo vėlavimą, klaidų taisymo programinę įrangą ir įprastus skaičiavimo mazgus. Būtent čia slypi naujovė – kuriamas ne teorinis vieno lusto demonstratorius, o bandymų aplinka integruotam skaičiavimo procesui.

IBM nurodo, kad jos eksperimentuose jau pademonstruota iki 70 loginių kubitų ir 438 sudėtingos operacijos. JAV Energetikos departamento kvantinių technologijų programos tikslas iki 2028 metų pabaigos – 100 loginių kubitų, galinčių atlikti 100 tūkst. tokių operacijų. Pagal IBM pateiktą palyginimą, operacijų skaičių reikėtų padidinti maždaug 230 kartų.

Didelis pažadas, bet dar ne išspręsta problema

Šie rodikliai padeda suprasti, kodėl bendras projektas neturėtų būti pristatomas kaip jau sukurtas universalus, visiškai klaidas taisantis kvantinis superkompiuteris. Platforma skirta tirti metodams, kurie galėtų leisti prie tokio tikslo priartėti. Tyrimų pradžia nėra garantija, kad ambicinga 2028 metų riba bus pasiekta laiku.

Kvantinės ir klasikinės skaičiavimo dalių derinimas galėtų būti naudingas cheminės medžiagos modeliavimui, fizikos tyrimams ir kai kurioms optimizavimo problemoms. Tačiau pirmiausia reikia patikimų rezultatų, kuriuos būtų galima atkartoti, bei įrodyti, kad skaičiavimo nauda atsveria įrangos ir energijos sąnaudas.

Ši kryptis taip pat rodo, kad dirbtinio intelekto grafikos procesoriai gali tapti svarbia būsimos kvantinės infrastruktūros dalimi. Įprastų duomenų centrų paklausa, apie kurią neseniai rašėme analizuodami AMD rezultatus, gali skatinti techninę pažangą ir šioje naujoje skaičiavimo srityje.

Svarbu atskirti fizinius ir loginius kubitus. Fizinis kubitas – konkreti kvantinė sistemos dalis, kurios būsena gali būti jautri trikdžiams. Loginis kubitas sudaromas naudojant kelis fizinius kubitus ir klaidų korekcijos metodus, kad informaciją būtų galima išlaikyti patikimiau. Todėl 120 fizinių kubitų sistemos skaičius savaime nereiškia, kad ji turi 120 visiškai patikimų loginių kubitų.

Naujos platformos vertė priklausys nuo to, ar tyrėjai sugebės suderinti skirtingų įrenginių greitį. Net labai našus grafikos spartintuvas gali nepadėti, jeigu duomenų perdavimo tarp kvantinio įrenginio ir klasikinio kompiuterio vėlavimas yra per didelis. Dėl to sprendimas apima ne vien lustus, bet ir valdymo programinę įrangą, tinklus bei tikslią eksperimentų laiko kontrolę.

Šiame etape dar anksti prognozuoti komercinę naujos infrastruktūros kainą. Kvantinės sistemos reikalauja specialių fizinių sąlygų ir sudėtingos priežiūros, o jų valdymą papildant įprastais superkompiuteriais didėja ir bendras projekto mastas. Vis dėlto tyrimų platforma leis palyginti architektūras prieš investuojant į dar didesnius įrenginius, o tai gali padėti išvengti brangių klaidų.

Europos ir Lietuvos mokslininkams aktualus ne tik pats kvantinių procesorių gaminimas, bet ir galimybė kurti algoritmus, duomenų apdorojimo įrankius bei saugią skaičiavimo infrastruktūrą. Europos superkompiuterių tinklo tarptautinė plėtra primena, kad kvantinės technologijos vis labiau remiasi bendromis mokslinių tyrimų sistemomis, o ne izoliuotais laboratorijų projektais.