Finska povezuje kvantni računar sa superkompjuterom

Finska istraživačka i tehnološka organizacija VTT prošlog meseca je, u saradnji sa CSC – IT centrom za nauku i Univerzitetom Aalto, povezala kvantni računar HELMI sa panevropskim superkompjuterom LUMI.

VTT i CSC su nedavno povezali kvantni računar sa najbržim superkompjuterom u Evropi

HELMI je prvi finski kvantni računar, sistem od 5 kubita koji je počeo sa radom 2021. A sistem sa kojim je povezan nije običan superkompjuter – LUMI, najbrži superkompjuter u Evropi, koji je u stanju da izvede 309 petaflopsa. Kao i HELMI, LUMI je postao operativan 2021. LUMI, ko se nalazi u CSC – IT centru za nauku, je na trećem mestu na najnovijoj listi Top 500 najbržih superkompjutera na svetu. Ne samo da je brz, već je i ekološki prihvatljiv (u odnosu na druge superkompjutere), rangirajući se na sedmom mestu na Green 500 listi energetski najefikasnijih superkompjutera na svetu.

Praktični razlog za pravljenje ovakvog hibridnog sistema je taj što je kvantne računare teško koristiti kao samostalne sisteme. Programeri moraju da uzmu u obzir jedinstvenu arhitekturu bilo kog sistema i prirodu uočenih grešaka za svaki od kubita na njemu. Svaki kubit je neispravan na svoj jedinstven način. Povrh toga, ekosistem oko kvantnog računarstva nije dovoljno zreo da ponudi dobar skup alata za programiranje kvantnih računara, za izvršavanje programa i za čitanje izlaza. Ali postoje i drugi razlozi. „Cilj nam je da proširimo superračunanje kvantnim računarstvom“, rekao je Ville Kotovirta, vođa tima za kvantne algoritme u VTT-u. „Najizazovniji problemi za klasično računarstvo – na primer, problemi elektronske strukture – mogli bi se, nadamo se, efikasnije rešavati kvantnim računarima u budućnosti. S druge strane, superkompjuteri bi mogli da pomognu u optimizaciji kvantnih algoritama i mogu da obrađuju podatke merenja kako bi ublažili greške u proračunu. Kako kvantni računari postaju sve veći, ovi problemi optimizacije postaju sve izazovniji i mogli bi imati koristi od superračunarstva. Istraživači mogu da počnu da razvijaju i proučavaju nove hibridne algoritme koji koriste prednosti i kvantnog i klasičnog računarstva.

Ovo nije trivijalno i zahteva temeljno razumevanje problema i formulisanje novih algoritama kako bi se računarski zadaci optimalno podelili na kvantne i klasične delove”. Nedavni potez povezivanja HELMI-a sa LUMI-jem sproveden je da bi se podržali istraživači u kratkom roku. Ali čak i nakon što kvantni računari postanu industrijski, njihovo povezivanje sa tradicionalnim računarima će i dalje imati smisla. Jedan budući scenario je pružanje superkompjuterskih usluga preduzećima, gde superkompjuter rešava većinu problema, ali zatim dodeljuje povezanom kvantnom računaru podskup zadataka za koje postoji kvantna prednost. Stručnjaci se slažu da će jednog dana kvantni računari rešiti veoma mali skup korisnih problema za koje bi superkompjuterima trebale hiljade godina da reše – i rešiće te probleme za nekoliko minuta ili sati. Takvi problemi uključuju razvoj novih proizvoda i materijala za farmaceutsku, hemijsku i baterijsku industriju. Aplikacije mašinskog učenja za generisanje novih molekularnih struktura na osnovu postojećih molekularnih podataka mogle bi biti brže i tačnije, značajno ubrzavajući proces dizajna novih materijala. Kvantni algoritmi će takođe biti veoma dobri u rešavanju problema optimizacije – na primer, pronalaženje najboljeg dizajna za lanac snabdevanja, pronalaženje najbolje rute putovanja ili pronalaženje optimalne alokacije sredstava za finansijski portfolio. Mikael Johansson, kvantni strateg u CSC-u, veruje da je još jedna prednost povezivanja računara to što okuplja stručnjake – a dobro mesto za različite stručnjake da sednu i razgovaraju su centri u kojima se nalazi računarstvo visokih performansi (HPC).

„Dostizanje kvantne prednosti je zaista multidisciplinaran problem, bez obzira da li prednost merite kao vreme do rešenja ili potrošnju energije do rešenja“, rekao je Johanson. „Rešavanje problema zahteva preslušavanje između nekoliko disciplina. U suprotnom, ključne tačke gledišta i potencijalne zamke biće zanemarene prilikom postavljanja infrastrukture superkompjutera i kvantnog računara. Potreban je zajednički napor HPC-a i čarobnjaka iz računarskih nauka, profesionalaca za hardver i softver kvantnog računara, gurua AI [veštačke inteligencije] i stručnjaka iz domena specifičnog problema modeliranja. Samo tada se neukrotivi, bučni, nesavršeni kvantni računari mogu ukrotiti i staviti na produktivan rad.”

VTT Tehnički istraživački centar Finske je radio sa CSC-om i Univerzitetom Aalto, u okviru finske infrastrukture kvantne računarstva, na uspostavljanju veze između računara. „Veza koristi bezbedni HTTPS protokol između krajnjih tačaka“, rekao je Kotovirta. „Korisnici razvijaju hibridni algoritam na LUMI strani i šalju posao LUMI sistemu čekanja na izvršenje. Kvantni poslovi se prosleđuju HELMI-ju bezbedno preko HTTPS-a, a HELMI pozadina kontroliše hardversku elektroniku da bi izvršila stvarno kvantno izračunavanje. Rezultat se vraća na LUMI stranu programa koji je uputio poziv. Program bi tada mogao da kombinuje rezultat sa bilo kojim klasičnim proračunom koji je izvršio. Tada bi mogao započeti sledeću iteraciju ili bi mogao prikazati rezultate korisniku”.

Johanson je dodao: „Integracijom superračunarstva, vodećeg svetskog kapaciteta veštačke inteligencije i kvantnog ubrzanja, udružili smo sve neophodne komponente za predstojeću kvantnu revoluciju u računarstvu. Sada moramo da ih nateramo da rade zajedno, neprimetno i efikasno. Ovo nije trivijalan zadatak i posao treba da počne odmah da bi mašinerija bila na mestu kada istinski moćni kvantni računari dođu na tržište”.

Veza između HELMI-ja i LUMI-ja je glavna prekretnica na putu ka industrijskom kvantnom računarstvu u Finskoj. U radu su još dve velike prekretnice – VTT trenutno razvija kvantni računar od 20 kubita i već ima planove za nadogradnju na 50 kubita 2024.

Finska je sada jedna od retkih zemalja u svetu koja je povezala kvantni računar i superkompjuter – i prva u Evropi. Korisnicima sa finskih univerziteta i istraživačkih organizacija sada će biti odobren pristup novoj infrastrukturi za eksperimentisanje sa kvantnim računarstvom.

Izvor: Computerweekly