Katie Elyce Jones, PillarQ 편집자
Oak Ridge Leadership Computing Facility와 함께 위치한 QCUP(Quantum Computing User Program) 책임자 Travis Humble(신용: Carlos Jones/ORNL, 미국 에너지부)
고성능 컴퓨팅(HPC) 커뮤니티가 미래 시스템을 가속화하기 위한 솔루션에 대해 무어의 법칙의 벼랑 너머를 바라볼 때 최전선에 있는 기술 중 하나는 매년 수십억 달러의 글로벌 R&D 자금을 모으고 있는 양자 컴퓨팅입니다.
아마도 세계 최초의 엑사스케일 슈퍼컴퓨터인 Frontier가 있는 OLCF(Oak Ridge Leadership Computing Facility)를 포함한 HPC 센터가 양자 시스템을 활용하고 발전시키는 방법을 찾고 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
테네시 주 오크리지 국립 연구소(ORNL)에 위치하고 미국 에너지부(DOE)의 자금 지원을 받는 OLCF의 양자 컴퓨팅 사용자 프로그램 (QCUP)는 과학 사용자에게 주요 상용 양자 컴퓨팅 시스템에 대한 원격 액세스를 제공합니다. 현재 이 프로그램은 IBM Quantum Services 및 Rigetti Quantum Cloud Services의 다양한 초전도 아키텍처와 Quantinuum 포획 이온 컴퓨터 및 에뮬레이터에 대한 액세스를 제공합니다. 이 프로그램은 또한 IonQ 포획 이온 시스템에 대한 액세스를 준비하고 있습니다.
올해 새로운 이니셔티브에서, OLCF와 QCUP은 QCUP의 양자 공급업체와 OLCF의 슈퍼컴퓨터에 대한 이중 액세스를 제공하는 하이브리드 할당 프로그램을 통해 양자와 HPC를 연결하고 있습니다.
QCUP 이사인 Travis Humble은 "QCUP의 목적은 [양자] 기술이 어떻게 발전하고 있는지 이해하고 해당 기술이 다음 HPC 시스템의 일부가 되기를 원하는 시기를 예측하는 데 도움을 주는 것입니다."라고 말했습니다.
Humble은 또한 ORNL의 이사입니다. 양자과학센터, 다른 DOE 프로그램인 National Quantum Information Science Research Centers를 통해 자금 지원을 받지만 양자 연구 및 개발에 대한 중복 관심을 공유합니다. 그는 "Quantum Computing: A Future for HPC Acceleration?"의 패널리스트가 될 예정입니다. ~에 SC22 (고성능 컴퓨팅, 네트워킹, 스토리지 및 분석을 위한 국제 회의) 18월 XNUMX일 금요일.
Humble은 QCUP이 특정 문제에 가장 적합한 것을 탐색하기 위해 다양한 양자 컴퓨팅 시스템을 제공하며 고전 컴퓨팅이 이 탐색의 일부라고 말했습니다. “우리는 최고의 하드웨어와 응용 프로그램이 어떻게 일치할지 아직 모릅니다. 이론으로서의 양자 컴퓨팅은 계산을 시도하고 과학적 발견을 알릴 수 있는 완전히 새로운 놀이터를 제공하므로 실제로 계산할 수 있는 문제 유형을 변경합니다. 슈퍼컴퓨터는 강력하지만 제한적이기도 합니다. 하이브리드는 두 세계의 장점을 모두 취합니다.”
그러나 그는 현재 두 장치를 잘 활용하는 응용 프로그램이 많지 않으며 QCUP의 새로운 양자-고전 하이브리드 할당의 의도는 두 장치 모두에서 잘 실행되는 응용 프로그램을 찾는 것이라고 경고했습니다.
프론티어 슈퍼컴퓨터
QCUP은 약 250명의 사용자를 보유하고 있으며 2016년부터 내부 실험실 프로그램에서 현재 사용자 프로그램으로 발전했습니다. DOE의 ASCR(Advanced Scientific Computing Research) 프로그램이 후원하는 양자 사용자 프로그램은 ASCR의 리더십 컴퓨팅 시설과 동일한 HPC 사용자 모델을 채택하여 컴퓨팅 시스템에 시간을 할당하는 데 잠재적인 영향과 장점에 대한 과학적 제안을 검토합니다.
Humble은 "우리는 타당성(양자 컴퓨터에 맞는 문제를 해결하려고 하는지)과 기술적 준비 및 응용 프로그램을 찾습니다."라고 말했습니다.
QCUP 사용자 지원 지원에는 과거에는 많은 사용자가 "전문 양자 사용자"였지만 연구원이 코드를 포팅하는 데 도움을 주는 과학 참여 팀이 포함되어 있다고 그는 말했습니다. "그들은 프로그램을 작성했고 사용할 준비가 되었습니다."
많은 사용자는 고에너지, 핵 물리학 및 융합 에너지와 같이 양자와 연구 관계가 있는 과학 프로그램에서 왔습니다. 예를 들어, Lawrence Berkeley National Laboratory가 이끄는 팀은 QCUP 리소스를 사용하여 충돌하는 두 양성자의 일부를 시뮬레이션, 고전 컴퓨터가 그렇지 않으면 근사화할 양자 효과를 포함하기 위해 물리학 계산을 고전 대 양자 컴퓨팅에 가장 적합한 것으로 분해합니다.
“지금까지는 물리학이 가장 존재감이 큽니다. 두 번째는 아마도 양자 컴퓨터의 더 나은 성능을 가능하게 하는 도구를 구축하는 것을 포함하는 컴퓨터 과학일 것입니다.”라고 Humble은 말했습니다.
또 다른 QCUP 프로젝트에서 시카고 대학과 아르곤 국립 연구소 연구원이 이끄는 팀 시뮬레이션된 양자 스핀 결함, 양자 컴퓨터에서 정보를 인코딩하는 응용 프로그램과 함께. 이 경우 그들은 고전적인 계산을 사용하여 양자 계산의 오류를 검증하고 줄였습니다.
인공 지능(AI)은 고전 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅의 인터페이스에도 등장합니다. Humble은 일부 컴퓨터 과학 프로젝트의 목표는 양자 컴퓨팅을 활용하여 AI 및 기계 학습 워크플로를 가속화하거나 AI 생성 데이터에서 양자 관련 정보를 발견하는 것이라고 말했습니다.
이 프로그램은 HPC 사용자 시설을 통해 양자 컴퓨터에 대한 액세스를 제공하지만 이러한 컴퓨터는 HPC 시스템과 통합되지 않습니다. QCUP의 궁극적인 목표 중 하나는 양자 및 HPC 시스템을 연결하는 것이지만 단기적인 장벽이 있습니다.
“지금 장벽의 일부는 양자 컴퓨팅이 너무 이르다는 것입니다. 오늘날 양자 컴퓨터가 무엇인지 살펴보면 6개월 후에는 새로운 것으로 대체될 것입니다.”라고 Humble은 말했습니다.
기술적 관점에서 양자 컴퓨터는 여전히 특별한 유지 관리가 필요하며 아직 HPC의 성능과 경쟁할 수 없습니다. 사용자 관점에서 교육 장애물은 대부분 양자 컴퓨팅을 양자 전문가에게 위임했습니다.
Humble은 "양자 컴퓨팅을 사용하기 시작하는 데 필요한 교육 자료도 초기 단계에 있습니다."라고 말했습니다. "양자 채택을 원하는 대다수의 HPC 사용자를 위해 교육 리소스를 만들어야 합니다."
많은 HPC-양자 협업이 아직 초기 단계에 있지만 QCUP과 같은 프로그램 및 다른 HPC 센터의 양자 프로젝트 경험은 향후 HPC-양자 통합을 위한 단계를 설정하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Katie Elyce Jones는 연구 뉴스 간행물의 창립자이자 편집자입니다. 필러큐.
