77-kubitowy procesor kwantowy IBM w połączeniu z superkomputerem Fugaku mierzy się z najtrudniejszymi cząsteczkami chemicznymi. W przełomowym eksperymencie koncern informatyczny i japońskie Centrum RIKEN opracowały model pozwalający rozwiązywać problemy, które kiedyś uważano za nierozwiązywalne.
Kwanty i superkomputery – duet, który przyspiesza medycynę
Chemia kwantowa ma na celu wykorzystanie mocy komputerów kwantowych do symulacji oddziaływań elektronów w cząsteczkach. Wymaga to ogromnej mocy obliczeniowej, a według raportu Quantum Insider, symulacja insuliny wymaga śledzenia ponad 33 tys. orbitali molekularnych, co wykracza poza możliwości dzisiejszych superkomputerów. W lipcowym badaniu zespół z Cleveland Clinic pokazał, że komputery kwantowe połączone ze sprzętem superkomputerowym mogą symulować cząsteczki z niespotykaną dotąd dokładnością. Zespół przetestował swoją hybrydową metodę obliczeniową na pierścieniu wodorowym złożonym z 18 atomów i cykloheksanu. Ich model prawidłowo przewidział stabilność cząsteczek. Zużył mniej kubitów niż wymagałby tego sam komputer kwantowy. Japoński superkomputer Fugaku został połączony z procesorem kwantowym Heron firmy IBM, aby symulować złożone klastry żelazowo-siarkowe.
Czytaj więcej
Amerykański superkomputer przeliczył bardzo szybko dane odnośnie zachowania reaktora jądrowego z kwantową dokładnością, co pozwala na ogromne zmian...
– Komputery kwantowe mają nieco złą sławę, ponieważ wiele obiecywano przez wiele lat – powiedział Kenneth Merz, badacz z Centrum Obliczeniowych Nauk o Życiu w Cleveland Clinic w wywiadzie dla Interesting Engineering. – Ale właśnie dochodzimy do interesującego etapu w dziedzinie sprzętu, który pozwala nam rozpocząć testowanie algorytmów kwantowych, aby określić ich mocne i słabe strony pod kątem przyszłych „bezszumowych” stosów sprzętowych, które wiele firm planuje wprowadzić w ciągu najbliższych 3-5 lat. Dla mnie to ekscytujący czas w tej dziedzinie, w której krajobraz będzie się bardzo dynamicznie zmieniał wraz z nowymi innowacjami sprzętowymi i programowymi – dodał.
Żelazo, siarka i algorytmy – chemia w świecie kubitów
Modelowanie klastrów żelazowo-siarkowych pokazuje potencjał obliczeń hybrydowych, a naukowcy coraz częściej dostrzegają, że niektóre z wczesnych obietnic związanych z odpornymi na błędy komputerami kwantowymi są możliwe do zrealizowania dzięki temu hybrydowemu podejściu kwantowo-klasycznemu. – W IBM zaczynamy bezpośrednio łączyć komputery kwantowe, takie jak nasz IBM Quantum System Two, z klasycznymi komputerami o wysokiej wydajności, takimi jak superkomputer Fugaku firmy RIKEN w Kobe w Japonii – powiedział Antonio Mezzacapo, główny naukowiec ds. superkomputerów kwantowych i stosowanych nauk kwantowych w IBM, w wywiadzie dla Interesting Engineering. – Pozwala nam to podchodzić do złożonych problemów obliczeniowych w nowy sposób, w którym system zarządzania orkiestracją zasobów może rozłożyć problemy obliczeniowe na procesory CPU, GPU i QPU, a każda technologia radzi sobie z obciążeniami, do których jest najlepiej przystosowana – dodał.
Czytaj więcej
Nie USA, nie Chiny, ale Australia dokonała przełomu, który może zmienić cały przemysł elektroniczny. Mikroprocesor przyszłości już działa i daje le...
W ramach tego kwantowo-centrycznego superkomputera badacze zajmują się po raz pierwszy problemami chemicznymi, które uważano za wymagające odpornych na błędy komputerów kwantowych. Wiele z najnowszych badań koncentruje się na metodach, które mogą wykorzystać ten hybrydowy model w dążeniu do osiągnięcia przewagi kwantowej z klientami.
W swoim badaniu zespół IBM i RIKEN wykorzystał obliczenia kwantowe do zbadania układu żelazowo-siarkowego. Układ ten jest ważnym elementem wielu reakcji biologicznych. Jednym z przykładów jest jego istotna rola w enzymie nitrogenazie, który przekształca azot atmosferyczny w amoniak, umożliwiając wzrost roślin. – Nasze hybrydowe podejście z RIKEN umożliwiło już szczegółowe modelowanie złożonych klastrów żelazowo-siarkowych, które mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia chemii biologicznej i przemysłowej – wyjaśnił Antonio Mezzacapo.
Starling nadchodzi – era komputerów kwantowych bez błędów
Chociaż IBM przesuwa granice możliwości komputerów kwantowych, przeszkody wciąż istnieją. Wykorzystanie 77 kubitów do symulacji realistycznej chemii to ważny kamień milowy, ale nie jest ono pozbawione wyzwań. Największym ograniczeniem jest obecnie szum, a sprzęt kwantowy wciąż ma błędy, które należy minimalizować za pomocą wydajnego sprzętu, dobrze zaprojektowanych algorytmów i przetwarzania końcowego z wykorzystaniem komputerów klasycznych.
Czytaj więcej
Amerykański koncern ogłosił ambitny plan budowy pierwszego wielkoskalowego, odpornego na błędy komputera kwantowego. Projekt o nazwie Quantum Starl...
Celem jest korygowanie takich błędów na dużą skalę za pomocą komputera Starling i wdrożenie go do użytku klientów w 2029 roku. Starling będzie 20 tys. razy szybszy niż dzisiejsze komputery kwantowe, głównie dzięki swojej architekturze odpornej na błędy. Zmniejszy narzut na korekcję błędów o około 90 proc., wymagając mniejszej liczby kubitów fizycznych do uzyskania solidnych kubitów logicznych. Ogólnie rzecz biorąc, Starling będzie miał 200 kubitów logicznych, z których każdy będzie zbudowany z wielu kubitów fizycznych. Zdaniem IBM niezawodnie wykona od setek milionów do miliardów operacji kwantowych. Ostatecznie takie postępy w dziedzinie sprzętu pozwolą badaczom na dalsze rozwijanie połączenia klasycznego i kwantowego sprzętu.
Superkomputery kwantowe, w których procesory CPU, GPU i QPU działają wspólnie, mogą już rozwiązywać problemy, które kiedyś uważano za wymagające w pełni odpornych na błędy komputerów kwantowych. Może być to model, który doprowadzi do najcenniejszych przełomów w dziedzinie obliczeń kwantowych w najbliższej przyszłości.
