“`html
Квантовые вычисления и их интеграция в HPC среды
Квантовые вычисления обладают потенциалом трансформировать определенные алгоритмы и приложения, и ожидается, что они будут работать наряду с традиционными высокопроизводительными вычислениями (HPC). Однако устройства шумных промежуточных квантовых (NISQ) сталкиваются с ограниченным временем когерентности кубитов и высокой вероятностью ошибок. Для разработки, тестирования и отладки квантовых алгоритмов важную роль играют квантовые симуляторы, обеспечивающие контролируемую и безошибочную среду.
Интеграция квантовых вычислений в HPC среды
Существуют различные подходы к интеграции квантовых вычислений в HPC среды. Они делятся на две основные категории: свободную и тесную интеграцию. Свободная интеграция обладает более гибкой связью между квантовыми и классическими системами, в то время как тесная интеграция использует квантовые процессорные блоки (QPUs) напрямую в узлах HPC, подобно интеграции графических процессоров (GPUs) в узлы HPC. Это позволяет классическим системам обрабатывать традиционные задачи, в то время как квантовые процессоры решают специфические проблемы, в которых они лучше всего справляются. Однако управление ресурсами и оптимизация производительности представляют вызовы для этих гибридных систем.
Квантовый фреймворк (QFw) и его преимущества
Исследователи из Oak Ridge National Laboratory предложили квантовый фреймворк (QFw), сфокусированный на свободной интеграции квантовых вычислений с HPC средами. Этот метод рассматривает квантовые компьютеры как отдельные компоненты в рамках более крупной HPC системы и сосредотачивается на интеграции на местах. В этом случае квантовая машина подключается к HPC центру с использованием высокопропускной связи и распределенной файловой системы, соединяя ее с классическими HPC системами. Этот фреймворк предоставляет унифицированное решение для гибридных приложений с максимальными преимуществами HPC для квантовой симуляции, с легким переходом к реальному квантовому оборудованию. Он также обеспечивает гибкую инфраструктуру на суперкомпьютере Frontier, поддерживая различные инструменты для построения квантовых схем и симуляторы.
Предложенный QFw разработан для того, чтобы позволить исследователям полностью использовать ресурсы HPC для квантовых вычислений, обеспечивая плавный переход между симуляционными средствами и реальным квантовым оборудованием. С QFw приложения могут отдельно выделять ресурсы HPC для классических и квантовых задач и использовать любое программное обеспечение для построения квантовых схем, которое им удобно. Фреймворк предоставляет бэкенд для преобразования структур нативных квантовых схем в QASM 2.0, общий формат квантовых задач. Уровень управления квантовыми задачами (QTM) применяет конкретные рабочие процессы, такие как разделение схем и агрегация результатов. Менеджер платформы квантовых вычислений (QPM) обеспечивает связь с платформой, выполняя квантовые задачи через операции, специфичные для платформы.
QFw оценивается с использованием различных интерфейсов, таких как Qiskit и PennyLane, и бэкендов, таких как TNQVM и NWQ-Sim. Для оценки эффективности используется бенчмарк SupermarQ для создания 20-кубитной GHZ схемы и измерения производительности. Полученные результаты показывают эффективность выполнения нескольких симуляций одновременно, завершая 8 симуляций за 66,97 секунд, по сравнению с 52,47 секунды для одной симуляции. Это подчеркивает потенциал экономии времени при одновременной симуляции независимых схем и преимущества умного управления ресурсами. Кроме того, успешно интегрировано приложение PennyLane, демонстрируя гибкость QFw в комбинировании различных интерфейсов и бэкендов.
В заключение, исследователи из Oak Ridge National Laboratory представили квантовый фреймворк (QFw), предоставляющий исследователям гибкость для продвижения квантовых исследований на суперкомпьютере Frontier без технических барьеров. Он позволяет пользователям использовать любое программное обеспечение для построения схем с любым пакетом симуляции, что упрощает задачи исследователей. QFw позволяет симуляции на HPC системах выходить за пределы обычных ограничений и легко переходить к физическому квантовому оборудованию. Его универсальность позволяет интегрировать различные квантовые платформы без изменений в инфраструктуре или приложениях. Кроме того, плагиновая архитектура QFw обеспечивает общий API для легкой интеграции новых платформ.
Проверьте статью. Вся заслуга за это исследование принадлежит исследователям этого проекта. Также не забудьте подписаться на наш Twitter и присоединиться к нашему Telegram каналу и группе в LinkedIn. Если вам нравится наша работа, вам понравится наш новостной бюллетень.
Не забудьте присоединиться к нашему 48k+ ML SubReddit
Найдите предстоящие вебинары по ИИ здесь
Опубликовано на MarkTechPost.
“`
