NVIDIA CUDA-Q внася квантово изчисление в днешните суперкомпютри

O NVIDIA CUDA-Q пристига като мост, който обединява квантовите и класическите компютри, предлагайки синергия между двете части. Чрез интегрирането на тези области компаниите и институциите имат разнообразни възможности за работа, разширявайки хоризонтите на научните изследвания и техните приложения. Способността му да предоставя усъвършенствана производителност и гъвкавостта му при избора Квантови процесори (QPU) го правят страхотен инструмент за стимулиране на иновации в области, зависими от високопроизводителни изчисления. Разберете по-добре платформата и нейните приложения.

Предимства на CUDA-Q

O NVIDIA CUDA-Q (акроним за Compute Unified Device Architecture за Quantum, на португалски, Unified Computing Device Architecture for Quantum) предлага серия от предимства в пресечната точка между квантовите изчисления и суперкомпютрите. Най-забележителната му характеристика е тясната интеграция между двата компютърни домейна. Тази интеграция позволява на компаниите и институциите да се възползват максимално от потенциала на квантовите изчисления във връзка с класическите изчисления, отваряйки нови възможности за изследвания и приложения.

Тази технология демонстрира напреднала производителност, като е в състояние да осигури висококачествени резултати в различни приложения, от химически симулации до оптимизационни проблеми. Тази ефективност е много важна за стимулиране на иновациите и напредъка в области, които разчитат в голяма степен на високопроизводителни изчисления.

Една от силните страни на квантовите изчисления с NVIDIA CUDA-Q е неговата гъвкавост e агностицизъм по отношение на QPU. Това означава, че организациите имат свободата да избират единиците за квантова обработка, които най-добре отговарят на техните специфични нужди, без да бъдат заключени в една хардуерна опция. Тази гъвкавост е от съществено значение в толкова динамична област като квантовите изчисления.

Освен това, подкрепата на общността на разработчиците е решаващ аспект за квантов компютър с NVIDIA CUDA-Q. Като платформа с отворен код, насърчава сътрудничеството и развитието на общността, като дава възможност на разработчиците да имат достъп до инструментите и ресурсите, необходими за изследване и разширяване на хоризонтите на квантовите компютри заедно с класическите компютри.

И накрая, платформата NVIDIA CUDA-Q също така дава възможност за иновативни решения, като позволява комбинацията от квантово изчисление с изкуствен интелект. Тази интеграция проправя пътя за новаторски подходи, които могат да се справят с предизвикателства като qubits — използвани в QPU, които ще обясним по-долу — шумни и разработват ефективни алгоритми. Тази синергия между различни области на изчисленията води до непрекъснат напредък на границата на изследванията и практическото приложение на квантовите изчисления.

Нашето сътрудничество с ORCA и NVIDIA ни позволи да създадем уникална среда и да изградим нова класическа квантова хибридна система в PSNC. Лесното и отворено интегриране и програмиране на множество QPU и GPU, ефективно управлявани от ориентирани към потребителя услуги, е от съществено значение за разработчиците и потребителите. Това тясно сътрудничество проправя пътя за ново поколение суперкомпютри с квантово ускорение за много иновативни области на приложение, не утре, а днес.

Каза Кшищоф Куровски, технически директор и заместник-директор на PSNC

Какво представляват QPU?

As QPUИли Единици за квантова обработка, са основни компоненти на квантовите компютри. Докато класическите процесори, като тези в традиционните компютри, използват бита За да обработват информация, квантовите компютри използват qubits, които са единици за квантова информация.

Um кюбит може да съществува в множество състояния едновременно, благодарение на квантов феномен, наречен суперпозиция. Това означава, че докато един класически бит може да бъде в състояние 0 или 1 в даден момент, един кубит може да бъде в суперпозиция на тези състояния, представлявайки 0, 1 или произволна комбинация от двете едновременно. Това дава на квантовите компютри експоненциално по-голям капацитет за обработка на информация в сравнение с класическите компютри.

Те са отговорни за манипулирането и работата с тези кубити чрез прилагане на квантови операции, като квантови порти и измервания, за извършване на изчисления и обработка на информация по квантов начин. Освен това трябва да има QPU изключително точен и стабилен, тъй като кубитите са податливи на смущения в околната среда, като шум и температура.

QPU са сърцето на квантовите компютри и играят основна роля при изпълнението на квантови задачи и алгоритми. Компании и изследователски институции по света, като самата NVIDIA, инвестират в разработването и подобряването на QPU, за да стимулират напредъка на квантовите изчисления и да изследват потенциала им в широк спектър от приложения, от химически симулации до криптография и изкуствен интелект.

Приложения и предимства

Квантовите процесори представят широк спектър от приложения и предимства, които обещават да направят революция в компютрите и науката. Можем да започнем с цитиране на квантови симулации, където QPU се използват за моделиране на сложни квантови системи, като напр молекули и материали. Това може да доведе до напредък в разбирането на химичните и физичните процеси, както и до откриването на нови материали с уникални свойства, включително високотемпературни свръхпроводници.

Друго важно приложение е оптимизация, в които QPU имат потенциала да решават сложни проблеми с оптимизацията в a много по-ефективни от класическите компютри. Това е уместно в много области, от логистика и планиране до финанси и проектиране на електронни схеми.

В контекста на информационната сигурност QPU имат двойна роля. От една страна, те могат да се използват за разбиване на много от използваните в момента системи за криптиране. От друга страна, QPU могат да се използват и за разработване на методи за квантова криптография които са теоретично защитени от подправяне, предлагайки нова парадигма за сигурност на данните.

Комбинирането на QPU с алгоритми за квантово машинно обучение има потенциала да стимулира напредъка в областта на изкуствен интелект, особено при проблеми, включващи големи обеми данни и изчислителна сложност — това е много актуален аспект.

В области като медицина и биология QPU могат да се използват за симулиране и разбират сложни биологични процеси, като нагъване на протеини и взаимодействие на лекарства с клетъчни рецептори. Тези симулации могат да допринесат за разработването на по-ефективни лекарства и персонализирани лечения. А също и във финансовия сектор, където QPU могат да се прилагат за оптимизиране на инвестиционни портфейли, моделиране на сложни финансови рискове и идентифициране на модели в големи набори от пазарни данни.

Суперкомпютрите се възползваха

Суперкомпютрите, които се възползват от интеграцията на платформата NVIDIA CUDA-Q, се намират във водещи изследователски центрове по целия свят. О Суперкомпютърен център Юлих (JSC) в Германия управлява суперкомпютъра JUPITER, който сега ще бъде допълнен с квантов процесор (QPU), доставен от IQM Quantum Computers. Този QPU ще се управлява от NVIDIA GH200 Grace Hopper Superchip. Това партньорство ще позволи на изследователите на JSC да разработват и изпълняват квантови приложения, особено в химически симулации и оптимизационни проблеми, като същевременно служи като пример за това как класическите суперкомпютри могат да бъдат ускорени чрез квантови изчисления.

В Япония, Национален институт за напреднали индустриални науки и технологии (AIST) напредва в своята инициатива за квантово изчисление със суперкомпютър ABCI-Q. Интегрирайки QPU, предоставен от QuEra и захранван от архитектурата NVIDIA Hopper, тази система ще отвори нови възможности за изследване. Изследователите на AIST ще могат да изследват квантови приложения в областта на изкуствения интелект, енергията и биологията, използвайки рубидиеви атоми като лазерно контролирани кубити за извършване на сложни изчисления.

Накрая Център за суперкомпютри и мрежи в Познан (PSNC) в Полша възприема иновативен подход с два фотонни QPU от ORCA Computing, свързан към нов суперкомпютърен дял, ускорен от платформата CUDA-Q. Тази настройка ще позволи на изследователите да изследват широк спектър от приложения, от биология и химия до машинно обучение. Използвайки системи за квантова фотоника, тези QPU предлагат разпределен, мащабируем и модулен подход към квантовите изчисления, използвайки стандартни телекомуникационни компоненти.

Тези суперкомпютри представляват значителен напредък в интегрирането на квантовите и класическите технологии, изтласквайки границата на изследванията във високопроизводителните изчисления. Тези суперкомпютри все още използват суперчипове NVIDIA Grace Hopper за ускоряване на научните изследвания. Заедно тези системи осигуряват 200 екзафлопа, или 200 квинтилиона изчисления в секунда, енергийно ефективна процесорна мощност на AI.

AI ускорява изследванията за изменението на климата, ускорява откриването на лекарства и води до пробиви в десетки други области. Системите, захранвани от NVIDIA Grace Hopper, се превръщат в съществена част от HPC заради способността им да трансформират индустрии, като същевременно стимулират по-добра енергийна ефективност.

Иън Бък, вицепрезидент на Hypercale и HPC в NVIDIA

O Изамбард-AI e Изамбард 3 от университета в Бристол в Обединеното кралство, заедно със системи в САЩ като тези в Националната лаборатория в Лос Аламос и Тексаския център за напреднали изчисления, се присъединяват към нарастващата тенденция на суперкомпютри, базирани на Arm на NVIDIA, като се възползват от Grace CPU Superchips и платформата Grace Hopper. Това движение отразява глобалното ускорение в изграждането на суперкомпютри, базирани на AI, водено от признаването на стратегическото и културно значение на превъзходния AI — известен също като суверенен AI.

Чрез интегриране на GPU и CPU архитектури, базирани на Рамо с технология за взаимно свързване NVIDIA NVLink-C2Cили GH200 води тази промяна, позволявайки на научните центрове да преминат от инсталиране на системата към практически изследвания за кратък период от време (според марката, вариращ от години до месеци). Проектът Isambard-AI илюстрира този напредък, като началната фаза вече демонстрира висока ефективност, а пристигането на повече суперчипове Grace Hopper се очаква да доведе до значително увеличение на производителността на суперкомпютъра.

Заключение

Въвеждането на NVIDIA CUDA-Q бележи важен момент в сближаването между квантовите и класическите компютри, предлагайки гъвкава и мощна платформа, която движи иновациите в широк спектър от области. Чрез тясното интегриране на тези два домейна компаниите и институциите вече имат достъп до нов набор от възможности за изследвания и приложения, разширявайки хоризонтите на високопроизводителните изчисления.

Със способността си да предоставя усъвършенствана производителност, QPU агностицизъм и поддръжка за общността на разработчиците, CUDA-Q се очертава като основен инструмент да катализира напредъка както в квантовите изчисления, така и в изкуствения интелект, подхранвайки нова ера на технологични иновации. Нека да проследим, за да видим какво още ще ни предостави инструментът!

Вижте също:

Как да направя стикер на iPhone за WhatsApp и други приложения.

С информация от: NVIDIA [1] e [2]

Прегледан от Glaucon Vital на 13г.