Недавние достижения команды IBM и института RIKEN в Японии открывают новые горизонты в области синтеза квантовых и суперкомпьютерных расчётов (Quantum-Centric Supercomputing, QCSC). Впервые был создан замкнутый цикл вычислений, позволяющий квантовому компьютеру и суперкомпьютеру работать совместно, обмениваться данными и достигать более эффективных результатов. Эта статья расскажет о значимости данного прорыва для будущего вычислительных технологий и потенциальных приложений.

Проблемы традиционных вычислений

До недавнего времени использование квантовых компьютеров было ограничено из-за их высокой стоимости и низкой эффективности в реальных задачах:

• Низкая интеграция: Квантовые вычислители часто работали независимо от суперкомпьютеров, передавая данные поэтапно.
• Долгие циклы ожидания: Простои в работе систем существенно увеличивали время выполнения задач.
• Экономические затраты: Высокая стоимость рабочего времени таких систем делает их нецелесообразными для ряда проектов.

Гибридная система IBM и RIKEN

Команда IBM вместе с RIKEN разработала уникальную гибридную систему, которая включает:

• Суперкомпьютер Fugaku: Состоящий из 158 976 узлов, он обладает почти 7,3 миллиона ядер ARM.
• Квантовый компьютер IBM Quantum System Two: Оснащённый процессором Heron с 133 кубитами.

Эта система позволяет впервые обеспечить бесшовный обмен данными между двумя платформами в рамках одного вычислительного цикла. Примером работы этой системы стали расчёты электронной структуры молекул железа и серы, которые являются ключевыми для биохимии.

Методология расчётов

Для получения высокоточных результатов использовался метод «квантовой диагонализации на основе выборок» (Sample-based Quantum Diagonalization, SQD):

• Генерация выборок: Квантовый процессор создавал выборки из пространства состояний молекул.
• Обработка данных: Суперкомпьютер Fugaku обрабатывал большие объемы данных и корректировал результаты в итеративном цикле.

Это позволило достичь самой точной квантово-химической симуляции на сегодняшний день., что открывает новые возможности для научных исследований.

Будущее гибридных вычислений

Достижения команды IBM и RIKEN имеют важное значение для развития гибридных вычислений:

• Интеграция ускорителей: Открытие путей к интеграции GPU в систему расчётов.
• Квантовое превосходство: Продвижение к достижению настоящего квантового превосходства в практических химических расчетах.
• Mасштабируемость: Создание основы для масштабирования подобных платформ, включая облачные среды.

Таким образом, данный прорыв станет основой для ускорения исследований в таких областях как материаловедение, фармацевтика и энергетика, где точное моделирование молекулярных взаимодействий имеет критическое значение.