Kuantum Bilişim Kullanıcıları Klasik Süper Bilgisayarların Yanında Çalışıyor: Oak Ridge Laboratuvarında Travis Humble ile Bir Röportaj

Katie Elyce Jones, Editör, PillarQ tarafından

Yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) topluluğu, gelecekteki sistemleri hızlandıracak çözümler için Moore Yasasının eşiğinin ötesine bakarken, her yıl milyarlarca dolarlık küresel Ar-Ge fonu biriktiren kuantum bilişim, ön planda olan teknolojilerden biridir.

Dünyanın ilk exascale süper bilgisayarı Frontier'e ev sahipliği yapan Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF) dahil olmak üzere HPC merkezlerinin kuantum sistemlerini geliştirmenin ve geliştirmenin yollarını bulması belki de şaşırtıcı değil.

Tennessee'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda (ORNL) bulunan ve ABD Enerji Bakanlığı (DOE) tarafından finanse edilen OLCF'nin Kuantum Bilişim Kullanıcı Programı (QCUP), bilim alanındaki kullanıcılara büyük, ticari kuantum bilgi işlem sistemlerine uzaktan erişim sağlar. Şu anda program, IBM Quantum Services ve Rigetti Quantum Cloud Services'ten farklı süper iletken mimarilerin yanı sıra Quantinuum tuzaklı iyon bilgisayarları ve öykünücülerine erişim sunuyor. Program ayrıca bir IonQ hapsolmuş iyon sistemine erişim hazırlıyor.

Bu yıl yeni bir girişimde, OLCF ve QCUP, QCUP'un kuantum satıcılarına ve OLCF'nin süper bilgisayarlarına ikili erişim sağlayan bir hibrit tahsis programı aracılığıyla kuantum ve HPC arasında köprü kuruyor.

QCUP direktörü Travis Humble, "QCUP'un amacı, [kuantum] teknolojisinin nasıl geliştiğini anlamamıza yardımcı olmak ve bu teknolojinin ne zaman bir sonraki HPC sisteminin parçası olmasını isteyeceğimizi tahmin etmemize yardımcı olmaktır" dedi.

Humble aynı zamanda ORNL'nin direktörüdür. Kuantum Bilim MerkeziFarklı bir DOE programı (Ulusal Kuantum Bilgi Bilimi Araştırma Merkezleri) tarafından finanse edilen, ancak kuantum araştırma ve geliştirmede örtüşen çıkarları paylaşan. “Quantum Computing: A Future for HPC Acceleration?” panelisti olacak. de SC22 (Uluslararası Yüksek Performanslı Bilgi İşlem, Ağ Oluşturma, Depolama ve Analiz Konferansı) 18 Kasım Cuma.

Humble, QCUP'un belirli problemler için en iyi neyin işe yaradığını keşfetmek için bir dizi kuantum hesaplama sistemi sunduğunu ve klasik hesaplamanın bu keşfin bir parçası olduğunu söyledi. "En iyi donanımı ve uygulamaların nasıl eşleşeceğini henüz bilmiyoruz. Kuantum hesaplama, bir teori olarak, bize hesaplamayı denemek, bilimsel keşifleri bilgilendirmek için yepyeni bir oyun alanı sağlıyor, böylece gerçekten hesaplayabileceğimiz problem türlerini değiştiriyor. Bir süper bilgisayar güçlüdür ama aynı zamanda kısıtlıdır. Hibrit, her iki dünyanın da en iyisini alır.”

Ancak, şu anda pek çok uygulamanın her iki cihazı da iyi kullanmadığı konusunda uyardı ve QCUP'un yeni kuantum-klasik hibrit tahsislerinin amacının, her iki cihazda da iyi çalışan uygulamalar bulmak olduğu konusunda uyardı.

Sınır süper bilgisayarı

QCUP yaklaşık 250 kullanıcıya sahiptir ve 2016'dan beri dahili bir laboratuvar programından mevcut kullanıcı programına dönüşmüştür. DOE'nin Gelişmiş Bilimsel Bilgi İşlem Araştırması (ASCR) programı tarafından desteklenen kuantum kullanıcı programı, ASCR'nin bilgi işlem sistemlerine zaman ayırmak için potansiyel etki ve değer açısından bilimsel önerileri gözden geçiren lider bilgi işlem tesisleriyle aynı HPC kullanıcı modelini benimsedi.

Humble, "Fizibilite - bir kuantum bilgisayara bile sığacak bir sorunu çözmeye mi çalışıyorlar - ve teknik hazırlık ve uygulama arıyoruz" dedi.

QCUP kullanıcı yardımı desteği, geçmişte birçok kullanıcının "uzman kuantum kullanıcıları" olmasına rağmen, araştırmacılara kodlarını taşımalarında yardımcı olan bir Bilim Etkileşim Ekibi içerir. "Programlar yazdılar ve kullanıma hazırlar."

Birçok kullanıcı, yüksek enerji ve nükleer fizik ve füzyon enerjisi gibi kuantumla araştırma bağları olan bilimsel programlardan gelir. Örneğin, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı liderliğindeki bir ekip, QCUP kaynaklarını kullanarak çarpışan iki protonun bir kısmını simüle edin, klasik bir bilgisayarın aksi takdirde yaklaşacağı kuantum etkilerini dahil etmek için fizik hesaplamalarını klasik ve kuantum hesaplama için en uygun olanlara ayırır.

“Şimdiye kadar, fizik en fazla varlığa sahip. İkincisi, muhtemelen bir kuantum bilgisayarın daha iyi performans göstermesini sağlayan araçlar oluşturmayı içeren bilgisayar bilimidir,” dedi Humble.

Başka bir QCUP projesinde, Chicago Üniversitesi ve Argonne Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları tarafından yönetilen bir ekip simüle edilmiş kuantum spin kusurları, kuantum bilgisayarlarda bilgi kodlama uygulamaları ile. Bu durumda, kuantum hesaplamalarındaki hataları doğrulamak ve azaltmak için klasik hesaplamaları kullandılar.

Yapay zeka (AI), klasik ve kuantum hesaplamanın arayüzünde de karşımıza çıkıyor. Humble, bazı bilgisayar bilimi projelerinin amacının yapay zeka ve makine öğrenimi iş akışlarını hızlandırmak için kuantum hesaplamayı kullanmak veya yapay zeka tarafından üretilen verilerde kuantuma özgü bilgileri ortaya çıkarmak olduğunu söyledi.

Program, bir HPC kullanıcı tesisi aracılığıyla kuantum bilgisayarlara erişim sağlasa da, bu bilgisayarlar HPC sistemleriyle entegre değildir. QCUP'un nihai hedeflerinden biri, kuantum ve HPC sistemlerini birbirine bağlamaktır, ancak kısa vadeli engeller vardır.

"Şu anda engelin bir kısmı, kuantum hesaplamanın çok erken olması. Humble, "Bugün kuantum bilgisayarın ne olduğuna bakarsanız, 6 ay içinde yerini yeni bir şey alacak" dedi.

Teknik açıdan, kuantum bilgisayarları hala özel bakım gerektirir ve henüz HPC'nin performansıyla rekabet edemez. Kullanıcı açısından bakıldığında, eğitim engelleri çoğunlukla kuantum hesaplamayı kuantum uzmanlarına havale etti.

Humble, "Kuantum bilişimi kullanmaya başlamanız için ihtiyaç duyduğunuz eğitim materyali de emekleme aşamasında," dedi. "Kuantumu benimsemek isteyen HPC kullanıcılarının büyük çoğunluğu için onlar için eğitim kaynakları oluşturmalıyız."

Birçok HPC-kuantum işbirliği henüz ilk günlerinde olsa da, QCUP gibi programlardan ve diğer HPC merkezlerindeki kuantum projelerinden elde edilen deneyimler, gelecekteki HPC-kuantum entegrasyonu için zemin hazırlamaya yardımcı olabilir.

Katie Elyce Jones, araştırma haberleri yayınının kurucusu ve editörüdür. SütunQ.