Компания NVIDIA в партнёрстве с Quantum Machines анонсировала DGX Quantum — первую систему, объединяющую GPU и квантовые вычисления. Решение использует новую открытую программную платформу CUDA Quantum. Утверждается, что система предоставляет революционно архитектуру для исследователей, работающими с гибридными вычислениями с низкой задержкой.

NVIDIA DGX Quantum объединяет средства ускоренных вычислений на базе Grace Hopper (Arm-процессор + ускоритель H100), модели программирования с открытым исходным кодом CUDA Quantum и передовую квантовую управляющую платформу Quantum Machines OPX+. Такая комбинация позволяет создавать ресурсоёмкие приложения, сочетающие квантовые вычисления с современными классическими вычислениями. При этом в числе прочего обеспечивается работа гибридных алгоритмов и коррекция ошибок.

Источник изображения: NVIDIA

Представленное решение предполагает соединение Grace Hopper и Quantum Machines OPX+ посредством интерфейса PCIe. Это обеспечивает задержку менее микросекунды между ускорителем и блоками квантовой обработки (QPU). Отмечается, что OPX+ — это универсальная система квантового управления. Таким образом, можно максимизировать производительность QPU и предоставить разработчикам новые возможности при использовании квантовых алгоритмов. Системы Grace Hopper и OPX+ можно масштабировать в соответствии с потребностями — от QPU с несколькими кубитами до суперкомпьютера с квантовым ускорением.

Источник изображения: NVIDIA

О намерении интегрировать CUDA Quantum в свои платформы уже заявили компании по производству квантового оборудования Anyon Systems, Atom Computing, IonQ, ORCA Computing, Oxford Quantum Circuits и QuEra, разработчики ПО Agnostiq и QMware, а также некоторые суперкомпьютерные центры.

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) назвало трёх партнёров для своей программы исследования квантовых вычислений Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC): Microsoft, Atom Computing и PsiQuantum.

Цель инициативы US2QC заключается в том, чтобы выяснить, возможно ли создать квантовую систему, вычислительная ценность которой превышает её стоимость, быстрее, чем это предсказывают прогнозы. Для этого планируется исследовать принципиально новые подходы к квантовым вычислениям.

Источник изображения: Microsoft

Microsoft, в частности, намерена развивать свою технологию масштабируемых квантовых вычислений на основе топологических кубитов. Утверждается, что такая уникальная архитектура теоретически позволяет квантовой системе быть достаточно маленькой, чтобы поместиться в обычной стойке, и достаточно быстрой, чтобы решать практические проблемы. Такой компьютер сможет управлять более чем 1 млн кубитов.

Atom Computing сосредоточится на обеспечении масштабируемости квантовых вычислений за счёт атомных массивов. В рамках сотрудничества с DARPA будут изучены новые способы масштабирования количества кубитов для более крупных систем, дополнительные уровни запутанных связей для повышения производительности и более широкий набор алгоритмов квантовой коррекции ошибок для обеспечения отказоустойчивости.

PsiQuantum в рамках этого проекта намерена изучить проблемы, связанные с созданием отказоустойчивых квантовых компьютеров — гораздо более крупных и мощных, чем существующие маломасштабные системы. Всем трём компаниям предстоит представить концепцию, описывающую их планы по созданию квантового компьютера. Затем необходимо описать все компоненты и подсистемы, которые — после создания и тестирования — покажут, что крупномасштабный квантовый компьютер может быть построен в соответствии с проектом и работать так, как предполагалось.

Hyperion Research представила прогноз развития рынка квантовых вычислений. По её оценкам, базирующимся на опросе, выручка участников рынка в 2022 году составит около $614 млн и вырастет до $1,2 млрд в 2025 году, что означает 25-% среднегодовой темп роста. Опасения по поводу возможной «квантовой зимы» — краха/резкого падения инвестиций в квантовые вычисления — оказались неоправданными.

Текущие цифры и прогноз основаны на опросе 145 респондентов из 18 разных стран, представляющих 108 провайдеров квантовых вычислений. Говоря о будущем рынка, Hyperion использует термин «оценки», а не «прогноз», что является ещё одним признаком неопределённости на таком молодом рынке.

Аналитики отметили, что сохраняется неопределённость в отношении того, какие технологии победят, а также указали на необходимость совершенствования методов уменьшения или исправления ошибок, эффективного масштабирования квантовых систем и создание удобных инструментов разработки. При этом отмечается, что на рынке есть только порядка пяти базовых ключевых алгоритмов для квантовых систем, которые используются на практике.

Сектор квантовых вычислений по-прежнему поделён на две группы, одна — с хорошим финансированием, зафиксированными планами и растущей базой клиентов. Вторая же сильно зависит от инвестиций, практически не имея доходов, а иногда даже работает в скрытом режиме (stealth). 7 % опрошенных Hyperion Research фирм ожидают, что выручка превысит $10 млн в 2022 году; 49 % имеют доход от квантовых вычислений менее $500 тыс., а 32 % не имеют дохода от этого вида деятельности.

За последний год несколько квантовых стартапов стали публичными с помощью SPAC, в том числе IonQ, Rigetti, D-Wave Systems и Quantum Computing, Inc. Экономический спад и относительно низкая эффективность SPAC в целом замедлили этот процесс. Однако многие стартапы до сих пор рассматривают выход на биржу или поглощение более крупными компаниями как конечную цель.

Согласно данным и оценкам Hyperion:

• в 2025 году на деятельность провайдеров облачных решений (CSP) будет приходиться почти половина доходов от квантовых вычислений: доходы от продажи оборудования для квантовых вычислений будут составлять около 35 % доходов сектора;
• почти 75 % опрошенных фирм имеют партнёрские отношения, в первую очередь для доступа к аппаратному и программному обеспечению для квантовых вычислений, но также преобладает доступ к рынкам, вертикалям и «классической» IT-экспертизе;
• у 108 компаний, участвовавших в исследовании, соотношение государственного и частного типов владения составляет 60/40, из частных фирм-респондентов почти 40 % не планируют становиться публичными;
• основные секторы конечных пользователей квантовых вычислений включают финансы, исследования и разработки и кибербезопасность, но предполагается широкое применение как минимум в 18 других отраслях.

В исследование Hyperion отмечено доминирование доходов от квантовых вычислений, связанных с облачными технологиями. По крайней мере, большинство пользователей, интересующихся квантовыми вычислениями, будут работать с системами опосредованно. Также отмечена склонность респондентов к заключению соглашений о партнёрстве. Даже производители квантовых компьютеров с полным стеком решений обзавелись партнёрами.

Компания Dell в ходе конференции SC22 анонсировала платформу Quantum Computing Solution — систему гибридных квантовых вычислений. Поначалу решение будет доступно в США и Канаде, а в течение следующего года появится и в других регионах.

Концепция предусматривает использование двух физических уровней. Первый состоит из серверов PowerEdge 750xa со специализированным ПО, в том числе квантовым симулятором. На этом уровне осуществляются классические вычисления с использованием стандартных CPU и ускорителей.

Второй уровень — квантовый компьютер IonQ Aria, доступ к которому предоставляется через интернет. Здесь пользователи смогут протестировать свои приложения, разработанные с применением симулятора. При обработке задач определённых типов квантовая система даст многократный выигрыш в производительности по сравнению с обычными HPC-решениями. Таким образом, гибридная модель Dell Quantum Computing Solution позволит использовать преимущества обоих миров — классической схемы и квантовой модели.

Источник изображения: IonQ

«Клиент сможет выполнять любое экспериментальное моделирование локально, а когда ему потребуется доступ к реальной физической квантовой платформе, трафик будет передаваться через интернет», — отметил Кен Дураццо, вице-президент по исследованиям Dell.

Библиотека Qiskit Dell Runtime даст возможность создавать квантовые приложения по принципу «напишите один раз, запускайте где угодно». Иными словами, процесс написания кода и его выполнения будут одинаковыми на виртуальном и физическом квантовых процессорах. Похожее решение предлагают Atos и IQM.

Компании Atos и IQM объявили о подписании партнёрского соглашения, нацеленного на совместное развитие технологий квантовых вычислений. В рамках договора блок квантовой обработки (QPU) IQM будет интегрирован в состав Atos Quantum Learning Machine (QLM), а также в состав платформы разработки квантовых приложений Atos.

Сотрудничество позволит клиентам создавать приложения для квантовых систем и запускать их для проверки в среде QLM, эмулируя все атрибуты целевого квантового оборудования (топология, набор вентилей, модель шума). Таким образом, заказчики смогут запускать такие приложения на реальном оборудовании IQM Quantum Computing без необходимости их модификации.

Источник изображения: IQM

Atos QLM является симулятором квантовых систем. Стратегия Atos заключается в использовании ИИ и квантовых вычислений для повышения производительности традиционных НРС-систем. Предполагается, что суперкомпьютеры будут использовать Atos QLM в качестве шлюза для доступа к квантовым платформам в гибридной вычислительной среде.

Партнёрство позволит клиентам создавать гибридные приложения с использованием платформы программирования Atos QLM, способной эмулировать до 41 кубита, и IQM QPU с архитектурой до 20 кубитов сегодня и до 50 кубитов в 2023 году. Кроме того, компания Atos сообщила о заключении соглашения о сотрудничестве с Aspen Systems. Инициатива направлена на то, чтобы обеспечить доступ к Atos QLM клиентам на территории Соединённых Штатов и Канады.

К HPC-комплексу LUMI, установленному в Финском научном IT-центре CSC в Каяани, подключён квантовый компьютер HELMI исследовательской организации VTT. Утверждается, что впервые в Европе исследователи смогут воспользоваться преимуществами гибридной архитектуры, совмещающей традиционный суперкомпьютер и квантовую систему общего назначения. Евросоюз планирует создать целую инфраструктуру из HPC-комплексов, дополненных квантовыми системами. Для их размещения уже выбраны шесть локаций в Чехии, Германии, Испании, Франции, Италии и Польше.

Постройка LUMI началась в 2021 году, а официальный запуск состоялся в 2022-м. В основу положена платформа HPE Cray EX. Конфигурация включает блок с ускорителями в составе 2560 узлов, каждый из которых состоит из одного 64-ядерного кастомного процессора AMD EPYC Trento и четырёх AMD Instinct MI250X. Второй блок содержит только 64-ядерные CPU AMD EPYC Milan в 1536 двухсокетных узлах. В текущем рейтинге TOP500 LUMI занимает третье место с производительностью 151,9 Пфлопс и пиковым быстродействием 214,4 Пфлопс.

Источник изображений: VTT

В свою очередь, HELMI — это 5-кубитный квантовый компьютер, который также начал эксплуатироваться в 2021 году. Интеграция систем была выполнена совместными усилиями Центра технических исследований Финляндии VTT, CSC и Университетом Аалто в рамках финской инфраструктуры квантовых вычислений FiQCI. Сейчас планируется провести открытый конкурс с предоставлением пилотного доступа к системе финским университетам и исследовательским организациями. В дальнейшем доступ к системе будет предоставлен более широкой аудитории.

Интеграция LUMI и HELMI, как ожидается, позволит решать самые сложные вычислительные задачи, с которыми ни одна из этих систем не способна справиться в одиночку — некоторые типы задач можно решать быстрее, точнее или с меньшими затратами энергии именно на квантовых компьютерах, которые, в свою очередь, не годятся для традиционных расчётов. Например, оптимизацию цепочек поставок, маршрутов поездок и управление портфелем проще выполнять с помощью квантовых компьютеров.

Гибридная система также поможет в разработке новых продуктов и материалов в фармацевтической, химической и аккумуляторной промышленности. А совместное использование ИИ и квантовых вычислений позволит вывести на новый уровень создание новых молекулярных структур. Кроме того, гибридный комплекс ускорит и упростит разработку квантовых алгоритмов и специализированного ПО для квантовых компьютеров.

VTT позиционирует HELMI в большей степени как квантовый ускоритель или сопроцессор, предназначенный для работы вместе с мощными HPC-системами, такими как LUMI. Планируется, что новый гибридный комплекс будет применяться в тех областях, где решающее значение имеют высокая точность и качество расчётов, но время на решение задачи ограничено. Это могут быть, например, краткосрочные прогнозы погоды. VTT уже проектирует квантовый компьютер с 20 кубитами, а на 2024 год намечен запуск 50-кубитной системы.

Компания Fujitsu сообщила о том, что облачная платформа Computing as a Service (CaaS) стала доступна корпоративным клиентам в Японии. Позднее набором этих сервисов смогут воспользоваться заказчики на других рынках, включая американский, азиатско-тихоокеанский и европейский.

Fujitsu впервые анонсировала платформу CaaS в апреле нынешнего года. В её состав входят квантовый симулятор Fujitsu Digital Annealer, платформа высокопроизводительных вычислений Fujitsu Cloud Service HPC, а также программные решения для ИИ и машинного обучения. Кроме того, предоставляются консультационные услуги CaaS Technical Consulting Services.

Источник изображений: Fujitsu

Инфраструктура CaaS HPC использует аппаратную аппаратную платформу PRIMEHPC FX1000, в основе которой лежат те же Arm-процессоры, что использует суперкомпьютер Fugaku. Эта машина в июньском рейтинге Top500 находится на втором месте: пиковая производительность достигает 537,21 Пфлопс.

Fujitsu также объявила о запуске инициативы Accelerator Program for CaaS, которая нацелена на разработку различных вариантов использования платформы CaaS. В программе примут участие стартапы из Японии и других стран. Инициатива охватит такие направления, как Web 3.0, здравоохранение, производство и логистика. Fujitsu также намерена взаимодействовать с организациями по всему миру, которые выступят в качестве связующего звена между стартапами и компаниями.

Компания IonQ, специализирующаяся на разработках в области квантовых вычислений, объявила о доступности IonQ Aria, своего первого коммерчески доступного квантового компьютера, исключительно на платформе Azure Quantum. Aria — вторая система IonQ, появившаяся на платформе Azure Quantum после запуска IonQ Harmony в конце 2019 года.

Глава IonQ отметил, что доступность IonQ Aria и IonQ Harmony в Azure Quantum даёт корпоративным клиентам и исследовательским учреждениям возможность выбора квантовой системы, которая лучше всего подходит для их конкретных потребностей. Aria, по словам IonQ, является сейчас лучшим из публично анонсированных квантовых компьютеров в мире с показателем #AQ (Algorithmic Qubit), равным 23. Более высокий показатель #AQ потенциально может обеспечить более быструю разработку квантовых симуляций и алгоритмов, чем предыдущее поколение квантовых компьютеров.

Источник изображения: IonQ

Избранные клиенты уже начали использовать систему для разработки алгоритмов, снижающих финансовые риски, моделирующих химические реакции в батареях электромобилей и улучшающих классификацию изображений для разрабатываемых автономных транспортных средств. Среди областей применения также называются машинное обучение и логистика. Ежемесячная подписка на доступ к IonQ Aria в Azure Quantum включает сопровождение, консультационные услуги и техническую поддержку. Также Azure предлагает исследователям гранты на сумму до $10 тыс. для доступа к системам IonQ, Honeywell и Rigetti.

В последние годы резко вырос спрос на квантовые системы, которые могут помочь справиться с ранее нерешаемыми задачами. В первой половине этого года IonQ сообщила о коммерческом партнёрстве с Hyundai Motors с целью разработки более эффективных аккумуляторов для электромобилей, а также использования квантового машинного обучения для систем распознавания трёхмерных объектов.

Компания IonQ, специализирующаяся на разработках в области квантовых вычислений, объявила о заключении соглашения о сотрудничестве с авиастроительной компанией Airbus с целью изучения возможности применения квантовых вычислений для аэрокосмических услуг и обслуживания пассажиров.

В рамках совместного проекта Quantum Aircraft Loading Optimization & Quantum Machine Learning, рассчитанного на год, компании планируют разработать прототип квантового приложения для оптимизации загрузки самолётов, а также изучить возможность использования квантовых вычисления для нужд Airbus и её клиентов.

В связи с продолжающимся кризисом цепочки поставок аэрокосмические компании инвестируют в новейшие технологии, которые позволят определить направления для повышения эффективности авиаперевозок, в том числе благодаря оптимизации логистики. Партнёрство Airbus с IonQ поможет разработать более «умные» алгоритмы, использующие возможности квантовых компьютеров, которые потенциально могут сэкономить средства благодаря оптимальному распределению грузов на рейсах.

Изображение: IonQ

В долгосрочной перспективе Airbus планирует использовать квантовые алгоритмы для улучшения положения дел по другим направлениям, касающимся авиаперевозок, включая снижение расхода топлива, улучшение аэродинамики авиалайнеров и оптимизации маршрутов следования. «Оптимизация имеет решающее значение для достижения целей устойчивого развития авиации, — отмечает Airbus, — Мы рады изучить возможности IonQ, чтобы использовать потенциал квантовых вычислений для достижения этих целей».

Сообщение о партнёрстве с Airbus последовало за недавним объявлением IonQ о создании своих первых международных подразделений в ЕС и регионе EMEA. Ранее IonQ заключила партнёрское соглашение с Hyundai Motors для разработки аккумуляторов электромобилей с более продвинутыми характеристиками и создания системы распознавания объектов в её будущих автомобилях. А на днях IonQ объявила о доступности её системы IonQ на облачной платформе Microsoft Azure Quantum.

Квантовые компьютеры пока ещё очень молоды, но всё чаще они воспринимаются не как чисто научная «игрушка», а как полезные устройства, способные дать выигрыш в реальных задачах. Программирование таких систем нетривиально, и компания NVIDIA попыталась решить эту проблему, создав унифицированную среду разработки.

Новая программная платформа получила название QODA — Quantum Optimized Device Architecture. Это название очень созвучно CUDA, и цели компания поставила аналогичные — создать единый, унифицированный стандарт программирования для всего спектра квантовых и гибридных систем.

Впрочем, в отличие от CUDA, новая платформа QODA изначально сделана открытой. Как полагает NVIDIA, время квантовых вычислений не за горами, а новый инструментарий уже сейчас позволит разрабатывать для них программное обеспечение, используя симуляцию квантовых процессоров с помощью систем NVIDIA DGX, как обладающих достаточно высокой для этого производительностью.

Источник: NVIDIA

Также предполагается использовать для этого ускорители NVIDIA, установленные в мощнейших суперкомпьютерах мира. Как полагает глава отдела высокопроизводительных и квантовых вычислений NVIDIA, применение гибридных систем, сочетающих обычные и квантовые вычисления, уже в ближайшем будущем может привести к прорывам в ряде научных отраслей, поэтому создание эффективной модели программирования для этих систем так важно.

Множество организаций, работающих над созданием квантовых и гибридных вычислительных систем уже используют другое специализированное ПО, NVIDIA cuQuantum, для разработки квантовых решений. В сочетании с QODA это даст возможность разработки полноценных квантовых приложений с полноценной симуляцией, не дожидаясь появления самих аппаратных квантовых систем.

На токийской конференции Q2B было озвучено достигнутое соглашение с такими разработчиками квантового аппаратного обеспечения как IQM Quantum Computers, Pasqal, Quantinuum, Quantum Brilliance и Xanadu, разработчиками ПО QC Ware и Zapata Computing, а также с суперкомпьютерным центром Юлиха, лабораторией Беркли и Национальной лабораторией Окриджа, как владельцами мощных HPC-систем, способных симулировать квантовые вычисления.

Сведений о QODA пока немного даже на сайте NVIDIA, но там уже можно присоединиться к новой программе, чтобы узнать больше. Но даже сейчас очевидно, что массовое освоение квантовых вычислений способно принести немалую пользу в самых различных отраслях науки и техники, включая создание новых лекарств и материалов. Платформу для будущего прорыва надо закладывать уже сейчас, поэтому инициатива NVIDIA не выглядит преждевременной.