За първи път: IBM успя да осигури безпроблемната работа между квантов компютър и суперкомпютър

Екип от специалисти от IBM и института RIKEN в Япония постигна важен напредък в развитието на синтеза на квантови и суперкомпютърни изчисления (Quantum-Centric Supercomputing, QCSC). Изследователите успяха за първи път да създадат изчислителен цикъл със затворен цикъл, при който квантов компютър и суперкомпютър, разположени един до друг непрекъснато обменят междинни изчислителни данни, като работят за постигане на общ резултат.

Досега квантовите компютри рядко са били използвани за получаване на практически значими изчисления. Нещо повече, заедно със суперкомпютрите те работеха на цикли, като изпращаха един на друг междинни данни на етапи през големи периоди от време. Това налагаше престой на всяка от платформите, докато те изчакваха да приключат изчислителните цикли на техния изчислителен партньор. Като се има предвид огромната цена на работното време на тези системи, това е неприемлив лукс.

Екипът на IBM и RIKEN за първи път успя да осигури безпроблемна работа на напълно различни компютърни платформи, като осигури непрекъснат обмен на данни в рамките на всеки изчислителен цикъл.

Изследователите от САЩ и колегите им от Япония създадоха хибридна система от суперкомпютъра Fugaku (състоящ се от 158 976 възела – това са почти 7,3 милиона ARM ядра) и квантовия компютър IBM Quantum System Two на процесора Heron (133 кюбита). За първи път класическа високопроизводителна изчислителна система и квантов компютър бяха тясно свързани в такъв мащаб.

Същността на експеримента е изчисляването на електронната структура на две сложни молекули, съставени от железни и серни атоми – важни за биохимията и катализа. Познаването на разпределението на електронните обвивки е това, което дава информация за поведението на молекулите във всяка среда. При изчисленията е използвана квантова диагонализация на базата на проби (Sample-based Quantum Diagonalisation – SQD), при която квантов процесор генерира проби от пространството на състоянията на молекулата, а Fugaku обработва огромните количества данни чрез класически изчисления и коригира резултатите в итеративен цикъл.

Това доведе до най-голямата и най-точна квантово-химична симулация досега – точността беше по-висока от тази на точните класически методи (между другото, недостижими за такива системи) и сравнима с най-добрите приблизителни класически подходи.

Постижението може уверено да се счита за първото практическо въплъщение на концепцията за суперкомпютри по отношение на работата на квантовите системи. Разработеният затворен цикъл на работа осигури бърза обратна връзка между квантовата и класическата част на системата, което е от решаващо значение за ефективното използване на двата вида ресурси.

Представителите на RIKEN и IBM отбелязаха, че този синтез открива пътя за интегриране на ускорители (включително графични процесори) в изчислителната система и приближава момента на постигане на реално квантово превъзходство в практически ценни химични и физични изчисления. Постижението има сериозни последици за бъдещето на хибридните изчисления. То създава предпоставки за мащабиране на такива платформи, включително на облачни хибридни среди и ускорява изследванията в областта на материалознанието, фармацевтиката и енергетиката, където точното моделиране на молекулярните взаимодействия играе ключова роля.