TL;DR
- محاسبات کوانتومیبه مرحلهای رسیده است که اکنون با روشهای کلاسیک پیشرو برای مسائل مورد علاقه.
- فیزیک و شیمیقابل مقایسه است.
- کار مشترک اخیر بین کلینیک کلیولند و IBM این پتانسیل را با استفاده از یک گردش کار ابر.
چه اتفاقی افتاد
محاسبات کوانتومیبه مرحلهای رسیده است که اکنون با روشهای کلاسیک پیشرو برای مسائل مورد علاقه. فیزیک و شیمیقابل مقایسه است.
کار مشترک اخیر بین کلینیک کلیولند و IBM این پتانسیل را با استفاده از یک گردش کار ابر. محاسباتی کوانتومیمحور (QCSC) نشان داد.
در آن مطالعه،. الگوریتم قطری کوانتومیمبتنی بر نمونه (SQD) در یک خط لوله شبیهسازی مبتنی بر قطعه ادغام شد تا.
انرژیهای نسبی دو تطبیقدهنده مینی پروتئین قفس 300 اتمی (919 مداری) Trp را پیشبینی کند. گردش کار به شبیهسازی کوانتومیتا 33 اوربیتال مقیاسبندی شد و نتایج قابل مقایسه با روشهای خوشهای جفتشده.
مانند خوشههای تکی و دوگانه (CCSD) به دست آورد،. که نشان میدهد چگونه رویکردهای ترکیبی کوانتومی-کلاسیک میتوانند به سیستمهای معنادار علمیرسیدگی کنند.
از آنجایی که محاسبات کوانتومیهمچنان در دسترس است،. در مقیاس QQ در مقیاس بالا،.
QSC در مقیاس بالا در دسترس خواهد بود. که برای پیشرفتهترین روشهای محاسباتی کلاسیک چالش برانگیز است و دانشمندان حوزه را به ادغام کوانتوم در جعبهابزار.
خود وادار میکند. استراتژیهای جدید کاهش خطا،.
تشخیص و تصحیح نیز بهطور فزایندهای قابلیتهای HPC را درگیر میکنند و امکانات جدیدی را برای محاسبات کوانتومی. مفید باز میکنند.
با توجه به اینکه روشهای ترکیبی مسیری را برای کاهش قابل توجه مقیاسهای زمانی و/یا افزایش دقت برای. موارد استفاده حیاتی نشان میدهند،.
برای مراکز HPC مهم است که از هماکنون برای آینده محاسبات ناهمگن آماده شوند. یک چارچوب باز و مقیاسپذیر مبتنی بر بارهای کاری ترکیبی واقعی آمادهسازی برای این آینده به زیرساختهایی نیاز.
دارد که به منابع کوانتومیاجازه میدهد تا بهطور طبیعی با محیطهای ابر محاسباتی موجود یکپارچه شوند. برای پشتیبانی از این انتقال،.
IBM یک معماری مرجع برای QCSC معرفی کرده است که نشان میدهد چگونه واحدهای پردازش کوانتومی (QPU) میتوانند. در کنار آن گنجانده شوند.
CPU و GPU در سیستمهای HPC مدرن. این معماری به گونهای طراحی شده است که باز و ترکیبپذیر باشد،.
با تکیه بر نرمافزار باز،. رابطهای استاندارد و پیکربندیهای سیستم ماژولار،.
بهطوری که قابلیتهای کوانتومیمیتوانند به جای نیاز به یک پشته محاسباتی کاملاً جدید،. به جریانهای کاری HPC،.
زمانبندیها و امکانات موجود متصل شوند. استقرارهای اولیه - از جمله ادغامهای IBM با محیط RIKEN HOWPUTSTRA HYDAM و HOWPERCOMHYFUSTRA CONTENT.
جریانهای کاری کوانتومیکلاسیک میتوانند در محیطهای HPC تولیدی کار کنند. در عین حال،.
معماری مسیری آیندهنگر به سمت طراحی مشترک عمیقتر بین سختافزار کوانتومی،. شتابدهندههای کلاسیک و برنامههای علمیرا با مقیاس سیستمهای کوانتومیو ظهور الگوریتمهای جدید فراهم میکند.
به عبارت دیگر،. آن را نه باید بهعنوان یک طرح تجویزی برای سیستمهای امروزی،.
بلکه چارچوبی دانست که به تدریج در طول آن تکامل خواهد یافت. دهه بعد.
معماری مرجع ابر محاسبات کوانتومی IBM. لایه کاربردی از آنجایی که محققان به دنبال توسعه حلکنندههای کلاسیک با محاسبات کوانتومیهستند،.
سؤال اصلی که ظاهر میشود این است که چگونه یک پشته عملکردی بسازیم که بتواند بهطور مستقیم بلوکهای. محاسباتی مختلف را مدیریت کند.
در حالی که CPUها اطلاعات را با استفاده از کد باینری نشان میدهند و GPUها. از تانسورها استفاده میکنند،.
QPUها برای مدل برنامهنویسی خود به مدارها متکی هستند. تبدیل حلکنندههای موجود به حلکنندههای QCSC نیازمند یک لایه کاربردی است که در آن کتابخانههای محاسباتی میتوانند مشکل.
را به اجزایی که در محیطهای مختلف راهاندازی میشوند،. تجزیه کنند.
این لایه تعامل بین کتابخانههای کلاسیک و کتابخانههای کوانتومیرا تسهیل میکند که بارهای کاری کوانتومیرا در. مدارهای از پیش تعریفشده نسبت به حوزه برنامه آماده،.
بهینهسازی و پس از پردازش میکنند،. که اغلب از منابع کلاسیک برای انجام این کار استفاده میکنند.
بهعنوان مثال، یک گردش کار رایج در شیمی. شامل محاسبه انرژیهای حالت پایه سیستمهای مولکولی است.
روشهای قطری دقیق مانند تعامل با پیکربندی کامل (FCI) مقیاس نمیشوند و راهحلها را به قلمرو روشهای تقریبی. میسپارند.
محققان RIKEN و IBM از یک سیستم کوانتومی-HPC ناهمگن با جفت آزاد برای تخلیه بخش کوانتومیذاتی گردش. کار (اجرای مدارها برای بازگرداندن نمونهها) به یک کامپیوتر کوانتومیاستفاده کردند،.
با استفاده از تکنیک SQD سپس سایر مراحل گردش کار را در گرههای HPC کلاسیک توزیع کردند. همین جریان کار ترکیبی با یک مدل ارکستراسیون یکپارچهتر بهبود یافته است که یک بهینهسازی حلقه بسته بین.
پردازندههای کوانتومیو کلاسیک را پیادهسازی میکند و محاسبات ساختار الکترونیکی را فراتر از قابلیتهای روشهای FCI ممکن. میسازد.
از این مثالها،. میتوانیم ببینیم که افزودن کوانتوم به گردشهای کاری کلاسیک موجود،.
قبلاً راه جدیدی را باز کرده است مرز برای شیمیمحاسباتی معماری مرجع QCSC با طراحی باز و. قابل ترکیب،.
مسیری را برای گسترش این گردشهای کاری نشان میدهد - برای مثال،. با تعبیه پردازش کلاسیک در گردش کار کوانتومی - فرصتهای جدیدی را برای حلکنندههای QCSC ایجاد میکند تا.
با موارد استفاده ترکیبی مقابله کنند. معماری مرجع سیستم QCSC نیاز به پروتکلهای پردازش موازی و توزیع شده مانند MPI،.
OpenMP،. SHMEM،.
همراه با مدلهای برنامهنویسی کلاسیک مرتبط با آنها را دارد تا با میانافزار کاربردی ویژهای که برای مدارهای. کوانتومیبهینه شدهاند،.
تکمیل شوند. عبور حلکنندههای کاربردی QCSC از طریق یک مدل برنامهنویسی کوانتومی،.
مداری بهینهسازی شده برای سختافزار هدف ایجاد میکند و معنایی را نشان میدهد که جزئیات چگونه مدار باید. اجرا شود.
در حالی که کلاسیک و مدلهای برنامهنویسی کوانتومیمستقل از یکدیگر باقی میمانند،. میانافزار ارتباط را در مورد نحوه رسیدگی به خروجیها برای اجرای بار کاری تکراری که تا لایه ارکستراسیون.
گسترش مییابد تسهیل میکند. انتشار Qiskit v2.
0 یک رابط تابع خارجی C را برای Qiskit به ارمغان آورد،. و نوردهی استاندارد را از طریق Python به هر زبان برنامهنویسی دیگری گسترش داد.
با یک C API توسعهیافته برای گردشهای کاری سفارشی،. Qiskit اکنون یکپارچهسازی عمیقتر با سختافزار سفارشی،.
ابزارهای تحقیقاتی یا گردشهای کاری مستقل را امکانپذیر میکند. علاوه بر این، Qiskit نسخه 2.
1 حاشیه نویسی جعبه را معرفی کرد که اکنون با بسته Saplomatic قابل تنظیم است،. که الگوهای مدار و معنایی را برای تصادفی سازی مدار تولید میکند.
وقتی از Executor بدوی جدید عبور کرد،. اینها اشیاء استفاده از تکنیکهای کاهش خطای سفارشی را تسهیل میکنند.
Qiskit با فعال کردن گردشهای کاری کلاسیک کوانتومی ترکیبی سرتاسر با ابزارهای پیشرفته کاهش خطای کلاسیک،. یک پلتفرم باز برای اکوسیستم کوانتومی HPC-کوانتومیگستردهتر ارائه میکند تا امکانات ابررایانهسازی کوانتومیمحور را فعال کند.
ارکستراسیون سیستم، کاربران HPC، لایههای پرداختی را برای تمرینهای مشابه به کار خواهند برد. معماریهای ناهمگن،.
که در آن مدیران گردش کار و منابع،. تخصیص و هماهنگی منابع را برای اجرای گردش کار کنترل میکنند.
با این حال،. از آنجا که گردشهای کاری QCSC عموماً شامل بارهای کاری کلاسیک و کوانتومیوابسته به هم هستند،.
به یک رابط برای افشای منابع کوانتومیدر زیرساخت HPC نیاز دارند. رابط مدیریت منابع کوانتومی (QRMI) یک کتابخانه نازک و متن باز است که جزئیات سخت افزاری خاص را.
انتزاعی میکند و APIهایی را برای اکتساب منابع کوانتومی،. اجرای وظایف کوانتومیو نظارت بر سیستمها ارائه میکند.
برای پیادهسازی QRMI که شامل مدیر حجم کاری Slurm میشود،. یک پلاگین SPANK کوانتومی (معماری پلاگین Slurm برای Node و کنترل کار) منابع کوانتومیرا در معرض Slurm.
بهعنوان موجودیتهایی قرار میدهد که ممکن است در منابع کلاسیک برنامهریزی شوند. پیادهسازیهای آینده ممکن است شامل پلاگینهای Generic Resource (GRES) باشد که ویژگیهای اضافی را.
برای مدیریت دستگاه خاص ارائه میدهد. ابزارهای مدیریت گردش کار مانند اینها برای مدیریت بازههای زمانی مورد نیاز برای اجرای مدارهای کوانتومیحیاتی هستند،.
جایی که توانایی زمانبندی برای استدلال در مورد تأخیرهای احتمالی ناشی از کاهش خطا و تصحیح خطا -. بهویژه در سیستمهای کوانتومیمتحمل خطا در آینده - و شناسایی وابستگیهای بین مدارها میتواند صفبندی کارآمد و.
کارآمد همه ابزارهای هوشمند را تسهیل کند. زیرساخت در پایین معماری زیرساخت سختافزاری QCSC است،.
جایی که ادغامهای سیستم کوانتومی-HPC در سه سطح مجزا تحقق مییابد،. که هر کدام با قابلیتهای محاسباتی،.
مجاورت و انواع اتصال متقابل مشخص میشوند. درونیترین سطح شامل سیستم کوانتومیاست که شامل یک زمان اجرا کلاسیک و یک یا چند QPU متصل.
از طریق یک اتصال بیدرنگ است. بهعنوان یکی از اجزای اصلی چرخه عملیاتی QPU،.
زمان اجرا کلاسیک برای سیستمهای کنونی شامل شتابدهندههای کلاسیک تخصصی مانند FPGA و ASIC و همچنین CPUهایی است. که برای فعال کردن عملیات QPU مانند رمزگشایی تصحیح خطای کوانتومی،.
اندازهگیریهای مدار میانی،. کالیبراسیونهای کیوبیت،.
و الزامات مربوط به زمانهای سختافزار کوبیت فعال،. و الزامات مربوط به تنظیم مجدد کوبیت سختافزار اختصاص داده شده است.
ترتیبی که ما انتظار داریم با درک تدریجی کاملاً تحمل خطا تکامل یابد سیستمها. سیستم کوانتومیبا بقیه پشته از طریق یک API سیستم کوانتومیتعامل دارد،.
که QPU و منابع ناهمگن را در زمان اجرا کلاسیک انتزاع میکند تا اجرای مدار،. پردازش نتیجه و پیکربندی دستگاه را قادر میسازد تا از طریق QRMI و سیستمهای افزایش مقیاس هممکانشده بدون.
دانش مستقیم از سیستمهای GPU در سطح دوم،. و جزئیات برنامههای GPU در مقیاس بالاتر انجام شود.
سیستمهای هم محل این سیستمها با سیستم کوانتومیقرار گرفتهاند و از طریق یک اتصال متقابل کم. تأخیر و زمان نزدیک مانند RDMA از طریق اینترنت همگرا (ROCE)،.
Ultra Ethernet،. NVQLink و سایر بافتهای شبکه قابل تعامل متصل میشوند.
سیستمهای مستقر میتوانند بهعنوان یک بستر آزمایشی تصحیح خطای کوانتومیعمل کنند،. و از کاوش در شناسایی خطاهای محاسباتی فشرده،.
کاهش،. و استراتژیهای رمزگشایی تصحیح خطا سلسله مراتبی پشتیبانی میکنند.
فراتر از قابلیتهای زمان اجرا کلاسیک سیستم کوانتومیکه گستره برنامههای کاربردی موجود را برای رایانههای کوانتومیگسترش. میدهد.
سطح نهایی زیرساخت سختافزاری QCSC شامل سیستمهای کوچکتر شریک است که CPUها و GPUهای مبتنی بر ابر. یا اولیه هستند که به سیستمهای هممکانی در مقیاس بالا و سیستمهای کوانتومیاز طریق یک باند بالا.
متصل میشوند. این سیستمهای مدولار بارهای کاری کلاسیکی را اجرا میکنند که با اجرای QPU همراه است،.
مانند پیش پردازش،. پس پردازش،.
کاهش خطا و زیر روالهای کلاسیک در جریانهای کاری ترکیبی. از آنجایی که آنها پیکربندیهای سختافزاری مختلف را مجاز میدانند،.
سیستمهای مقیاسپذیر شریک انعطافپذیری منحصربهفردی را ارائه میکنند - مسیر را برای مراکز داده HPC برای استقرار سیستمهای. کوانتومیدر کنار خوشههای موجود ساده میکند و محققان را قادر میسازد تا پیکربندیهایی را برای پشتیبانی از.
گردشهای کاری مورد نیاز حوزههای کاربردی خاص انجام دهند. به صورت عمودی یکپارچه شده است.
راهحلها نرمافزار ابری، مدیریت و مانیتورینگ سیستمها و لایههای امنیتی را از بالا به پایین برش میدهند. مشاهده مداوم،.
دسترسی به فضای ذخیره سازی ابری و برنامههای کاربردی،. و نظارت بر وضعیت خطر برای سیستمهای QCSC حیاتی است.
علاوه بر ارزیابی سلامت سیستمهای کلاسیک،. پلتفرمهای مبتنی بر ابر عملکرد دستگاه کوانتومیرا نظارت میکنند و کالیبراسیونهای منظمیرا برای اطمینان از ثبات.
عملیاتی برای بارهای کاری کوانتومیارائه میکنند. ابزارهای امنیتی مدیریت پیشرفته کاربر،.
رمزگذاری برای دادههای در حال انتقال و دیگر ویژگیهای ایمنی لازم را برای محاسبات در سطح ی امکانپذیر. میسازند.
یک معماری انعطافپذیر برای یک الگوی در حال تحول،. معماری مرجع سیستم QCSC IBM مسیری را برای تسریع پذیرش رایانههای کوانتومیبرای حل برخی از پیچیدهترین مسائل.
محاسباتی فراهم میکند. در حالی که مثال SQD که قبلا معرفی شد یک مسیر را برای آن مشخص میکند با.
استفاده از حلکنندههای QCSC برای رسیدگی به مشکلات در شبیهسازی همیلتونی،. نقشه راه یکپارچهسازی کوانتومی-HPC که در اینجا ارائه شده است،.
بهطور همزمان توسط معیارهای عملکرد در سایر دستههای کاربردی شکل میگیرد. بهعنوان مثال،.
معیارهایی را که در تجزیه و تحلیل گروه کاری بهینهسازی کوانتومیاز نامزدهای مشکل برای مزیت کوانتومی. مورد بحث قرار گرفت،.
در نظر بگیرید،. که رویکردهای اطلاع رسانی به کتابخانههای محاسباتی و مدیریت گردش کار است.
با ادامه تکامل الگوریتمها و سختافزار، معماری مرجع سیستم QCSC نیز مطابق با نیازهای نوظهور پیشرفت خواهد کرد. با این چارچوب عملی برای انتقال مدل کوانتومی-کلاسیک کوانتومی-کلاسیک امروزی به معماری سیستم QCSC کاملاً یکپارچه،.
مراکز HPC میتوانند از این معماری بهعنوان یک چالش ترکیبی و آسان برای پلتفرمها و زیرساختهای اولیه برای. پاسخگویی به نیازهای زیرساختی استفاده کنند.
که کلید تحقق پتانسیل تبدیل ابر محاسبات کوانتومیمحور هستند. با درگیر شدن با آن،.
مراکز داده میتوانند ارزش خود را از یکپارچهسازی سختافزار کوانتومیواقعی با طراحی مشترک سیستمهایی برای کاربردهای پرتأثیر. و ایجاد پایهای که به تحمل خطا در مقیاس باشد،.
به حداکثر برسانند.
چرا مهم است
اهمیت این خبر در این است که روی استفاده واقعی از AI و تصمیمگیری سازمانی اثر میگذارد.
منبع
لینک منبع اصلی در کارت و صفحه مقاله نمایش داده میشود.