Nvidia поддерживает исследования в области квантовых вычислений с помощью суперкомпьютеров

Компания Nvidia, известная своими революционными инновациями в области искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений (HPC), теперь активно расширяет свои усилия в области квантовых вычислений. В течение многих лет Nvidia обеспечивала значительный прогресс в ИИ и HPC через разработку специализированных графических процессоров (GPU) и сетевых платформ, которые используются для ускорения вычислительных задач в таких областях, как глубокое обучение, научные симуляции и анализ данных. Теперь компания рассматривает квантовые вычисления как ключевой компонент для дальнейшего расширения возможностей вычислительных систем будущего.

Nvidia видит в квантовых вычислениях важное дополнение к традиционным вычислениям. Это связано с тем, что квантовые системы обладают потенциалом решать задачи, которые для классических компьютеров остаются крайне трудными или практически нерешаемыми. Квантовые компьютеры используют принципы суперпозиции и запутанности, что позволяет им одновременно обрабатывать огромные объемы данных и рассматривать множество возможных решений параллельно, чего не могут добиться даже самые мощные традиционные системы.

Комбинируя возможности квантовых вычислений с высокопроизводительными вычислениями (HPC), Nvidia стремится к созданию гибридных систем, которые смогут значительно ускорить научные исследования в таких областях, как материаловедение, химия, биология, криптография и другие области, где требуется моделирование сложных систем. Важно отметить, что Nvidia также продолжает развивать программные платформы, которые позволят интегрировать квантовые и классические вычисления, обеспечивая более плавный переход к гибридным вычислительным архитектурам.

Суперкомпьютеры Nvidia играют важную роль в поддержке исследований в области квантовых вычислений, включая проекты под руководством таких выдающихся ученых, как нобелевские лауреаты и высокопоставленные исследователи из Национального исследовательского совета Италии.

Эти исследовательские проекты, которые сосредоточены на квантовом отжиге — новом методе решения сложных задач оптимизации — получили поддержку в виде более двух миллионов часов работы GPU на ведущих научных объектах Европы. Квантовые отжиги, представляющие собой особый вид квантовых компьютеров, решают задачи оптимизации через постепенное ослабление магнитного поля, воздействующего на магнитные частицы.

Недавняя публикация в журнале Nature под названием "Квантовый переход двумерного спинового стекла Изинга" подчеркивает важность GPU-ускоренных систем для моделирования поведения квантовых систем. Эти исследования помогают ученым глубже понимать сложные квантовые переходы, что может стать шагом к использованию квантовых компьютеров для решения задач, которые неподвластны классическим вычислительным системам, в частности в области оптимизации.

Nvidia активно развивает не только научные исследования. В мае компания запустила платформу CUDA-Q с открытым исходным кодом, которая нашла применение в национальных суперкомпьютерных центрах таких стран, как Германия, Япония и Польша. CUDA-Q — это гибридная платформа, которая позволяет интегрировать квантовые процессоры (QPU) с ускоренными HPC-системами Nvidia. Эти QPU используют частицы, такие как электроны или фотоны, для вычислений, обеспечивая более высокую производительность для специфических задач по сравнению с традиционными процессорами.

Кроме того, девять суперкомпьютеров по всему миру используют суперчипы Grace Hopper от Nvidia для ускорения научных открытий в различных областях. Эти системы, суммарно обладающие вычислительной мощностью в 200 эксафлопсов для ИИ-задач, играют ключевую роль в поддержке исследований в области квантовых вычислений.

Например, немецкий суперкомпьютерный центр Юлиха интегрирует квантовые процессоры от IQM Quantum Computers в свой суперкомпьютер JUPITER, который использует суперчип GH200 Grace Hopper. Японский Национальный институт передовой промышленной науки и технологии также применяет архитектуру Nvidia для ускорения своих квантовых инициатив, а польский Познанский центр суперкомпьютеров и сетей подключает системы Nvidia к фотонным QPU.

Представители Nvidia отмечают все более тесную интеграцию между квантовыми вычислениями и классическими HPC-системами. Во время недавнего брифинга высокопоставленный представитель компании рассказал о стратегическом подходе Nvidia к ускорению вычислений, который предусматривает объединение CPU, DPU и GPU в единую систему для максимальной производительности. Это соединение особенно важно для задач ИИ и высокопроизводительных вычислений, обеспечивая более быструю и эффективную работу как квантовых, так и классических систем.

Лидерство Nvidia в области HPC и квантовых вычислений подчеркивает огромный потенциал, который открывается при интеграции квантовых процессоров в суперкомпьютеры. Этот симбиотический подход напоминает ранние дни GPU-вычислений, когда традиционные суперкомпьютеры выполняли основную часть работы, передавая отдельные задачи специализированным процессорам. По мнению экспертов Nvidia, такой подход поможет решать научные задачи, которые оказываются слишком сложными для классических вычислительных систем.

Однако перед полной реализацией потенциала квантовых вычислений с ускорением суперкомпьютерами еще стоит множество вызовов. Современные кубиты, или квантовые процессоры, подвержены ошибкам, и решение проблем, связанных с коррекцией ошибок, разработкой алгоритмов и интеграцией в существующую инфраструктуру, остается актуальной задачей. Тем не менее, инвестиции в квантовые технологии растут: уже существует более 25 национальных квантовых инициатив, сотни квантовых стартапов и тысячи научных публикаций в этой области.

Один из руководителей Nvidia отметил, что суперкомпьютеры с ускорением становятся важнейшими инструментами для раскрытия потенциала квантовых вычислений. Они не только важны для проведения исследований, но и являются ключом к интеграции квантовых процессоров в реальные системы, способные решать сложные задачи. Слияние квантовых и высокопроизводительных вычислений обещает принести новые научные открытия и технологические инновации в ближайшие годы.