Материалы по тегу: физика

02.12.2019 [21:12], Алексей Степин

Учёные задействовали 50 тыс. GPU в «облаках» для астрофизического эксперимента

Облачные вычислительные платформы вполне могут составить конкуренцию традиционным суперкомпьютерам. Это доказал эксперимент, поставленный совместно Суперкомпьютерным центром Сан Диего и Нейтринной обсерваторией Ice Cube.

В эксперименте было задействовано свыше 50 тысяч доступных ускорителей, располагавшихся в облачных платформах Amazon Web Services, Microsoft Azure и Google Cloud Platform в 28 регионах трёх континентов ‒ Северной Америки, Европы и Азии.

Статистика эксперимента: типы GPU и динамика нарастания мощности

Статистика эксперимента: типы GPU и динамика нарастания производительности

Всего в облаках сейчас имеет примерно 80 тысяч NVIDIA Tesla V100. Фактически же для опыта задействовался весь доступный на тот момент для аренды массив разнородных ускорителей ‒ 51500 единиц. Он был объединён в единый комплекс с помощью ПО HTCondor

Эксперимент начался 16 ноября и длился порядка 200 минут. Он преследовал три основных цели: выяснить, насколько серьёзные мощности можно задействовать таким образом; выявить реальные масштабы использования ГП в облаках; и, наконец, решить реальную научную задачу.На графике хорошо видно, как нарастала мощность «облачного суперкомпьютера»; она достигла максимума примерно к 110 минуте и составила приблизительно 350 Пфлопс (FP32). Для сравнения, лидер списка TOP500, суперкомпьютер Summit, развивает порядка 400 Пфлопс на вычислениях такой же точности.

Все сегменты общей задачи были оптимизированы с учётом особенностей каждой из восьми моделей доступных ускорителей NVIDA. Время работы сегментов не превышало 15‒30 минут для минимизации риска отключения от сервиса из-за внезапно возникшего спроса. Примерная оценка затрат: от $120 до $150 тысяч в первый день вычислений. То есть около половины выделенного на описываемый проект гранта EAGER.

Вклад различных моделей GPU в общее дело

Вклад различных моделей GPU в общее дело

Для расчётов использовались данные, полученные нейтринной обсерваторией IceCube. Это крупнейший в мире детектор нейтрино, размещённый на антарктической станции Амундсен-Скотт. Он имеет массив из 5160 высокочувствительных оптических детекторов, размещённых в специальных скважинах на глубинах от 1450 до 2450 метров.

В 2017 году с помощью нового массива удалось впервые зафиксировать космические нейтрино сверхвысоких энергий и отследить их источник. За час эксперимента удалось провести симуляцию такого объема данных с детекторов IceCube, который в обычных условиях потребовал бы месяца.

Доля разных регионов в проекте

Доля разных регионов в проекте

В настоящее время активно развивается так называемая «многоканальная астрономия» (multi-messenger astronomy). Её суть заключается в комплексном исследовании всего, что могут испускать астрономические объекты, от электромагнитного излучения до гравитационных волн и элементарных частиц. Но такая астрономия требует обработки гигантских массивов данных.

Проведённый эксперимент показал, что «облачные системы» подходят для подобных целей и позволяют развёртывать серьёзные мощности весьма оперативно, в течение небольшого промежутка времени, что крайне важно для проектов с жёсткими сроками.

Лаборатория IceCube

Хотя добиться запланированных изначально 80 тысяч ускорителей NVIDIA Tesla V100 и не удалось, но был получен бесценный опыт, который в перспективе должен проложить дорогу широкому использованию облачных сервисов с ГП-ускорителями и для других научных проектов. В ближайшем будущем бума облачных супервычислений не ожидается, ведь если они станут широко популярными, то стоимость такого предприятия неизбежно вырастет.

Следует также отметить, что «виртуальный суперкомпьютер» подходит для решения далеко не всех научных задач, связанных с супервычислениями. Некоторые из таких задач критичны к пропускной способности межсоединений, а это не самая сильная сторона подобного рода решений. Поставщики облачных услуг это понимают; в частности, на выставке SC19 Microsoft представила новые облачные серверы Azure, использующие внутреннюю сеть на базе InfiniBand HDR со скоростью 200 Гбит/с и поддержкой RDMA.

Постоянный URL: http://servernews.ru/998876
22.07.2019 [17:11], Владимир Мироненко

Проект QMCPACK позволит повысить точность компьютерного моделирования на базе квантовой механики

В основе исследований поведения вещества и энергии в мире атомных и субатомных частиц лежит теория квантовой механики. Следовательно, компьютерное моделирование, базирующееся на квантовой механике, имеет большое значение для проектирования, оптимизации и понимания магнитных или электрических свойств материалов.

В рамках проекта Exascale Computing Project (ECP) Министерства энергетики США разрабатывается программное обеспечение для методов QMC под названием QMCPACK для поиска, прогнозирования и контроля веществ и их свойств на квантовом уровне. Конечная цель проекта состоит в том, чтобы достичь беспрецедентной и систематически улучшаемой точности, используя возможности памяти и мощности будущих вычислительных систем экзафлопсного класса.

Одной из основных задач проекта QMCPACK является уменьшение ошибок в расчётах, чтобы можно было с большей уверенностью делать прогнозы относительно материалов со сложной структурой.

«В настоящее время существует множество способов перекрёстной сверки расчётов с экспериментальными данными, но мы хотели бы пойти дальше и делать прогнозы для тех случаев, когда эксперименты ещё не проводились, например, для нового вещества, или когда проведение измерений затруднительно, например, в условиях высокого давления или сильного магнитного поля», — заявил Пол Кент (Paul Kent) из Национальной лаборатории Ок-Риджа, главный исследователь QMCPACK.

Кент выразил надежду, что системы экзафлопсного класса значительно расширят спектр возможностей команды QMCPACK. «Это не только увеличение вычислительной мощности, но и важные изменения в памяти машин, которые позволят нам исследовать дефекты материалов и интерфейсы, более сложные вещества и множество различных элементов», — заявил Кент.

Основное внимание участники проекта уделяют разработке программного обеспечения, проектированию и вычислительным аспектам, поэтому проект планирует повысить производительность QMCPACK как минимум в 50 раз.

Основываясь на экспериментах с использованием версии программного обеспечения для мини-приложений и новых алгоритмов, команда QMCPACK добилась 37-кратного улучшения работы суперкомпьютера Summit по сравнению с системой Titan.

Постоянный URL: http://servernews.ru/991134
10.06.2019 [20:00], Сергей Тверье

IonQ бросает вызов Google, IBM и Rigetti в квантовых системах

До сих пор основную шумиху вокруг квантовых вычислений создавали уже состоявшиеся акулы компьютерного бизнеса: производители серверов и микросхем, крупные поставщики облачных услуг. Их усилия в основном были сосредоточены на полупроводниковых и сверхпроводящих технологиях. И вот появился IonQ — стартап, использующий ионные ловушки в квантовых вычислениях. IonQ заявляет, что при таком подходе практически нет необходимости в исправлении квантовых ошибок и что запутывание большого числа кубитов намного проще, чем у конкурентов, а базовая технология является достаточного тривиальной, недорогой и компактной в реализации. И действительно, большая часть квантовой системы IonQ основана на давно известных технологиях, применяемых, например, в атомных часах.

Квантовый чип от IonQ с наложенным изображением ионов

Квантовый чип от IonQ с наложенным изображением ионов

Ловушки для ионов — относительно новая технология в мире квантовых компьютеров, хотя теоретические исследования начались почти четверть века назад. Даже Национальный научный фонд США создал проект по изучению данной технологии всего год назад. Основатель компании является одним из пионеров в области технологий с ловушками для ионов и соавтором известной статьи (2016 год) о данной технологии. На текущий момент сотрудники IonQ используют три 11-кубитные системы. Все кубиты полностью связаны, что позволяет создавать двухкубитовые затворы на любой из пар в составе системы. Правда, сама компания в прошлом году предпочла заявить о мировом рекорде, поставленном на такой сборке, посчитав однокубитовые затворы (79). Доступ к трём этим машинам по-прежнему ограничен и находится в стадии бета-тестирования, но публичный доступ через Интернет, возможно, появится в конце этого года. Инвесторами компании выступают New Enterprise Associates, GV (ранее Google Ventures) и Amazon AWS. 

IonQ хочет как можно скорее добиться коммерческого успеха, которого в квантовых вычислениях до сих пор не достигла ни одна из компаний, поскольку необходимое оборудование и экосистема у всех находятся в основном на стадии разработки. На этой неделе компания рассказала порталу HPCwire о технологиях и планах по развитию IonQ. Интересно, что большая часть разговора была направлена на то, чтобы доказать, что технология ловушек для ионов значительно отличается от подхода IBM, Google и Rigetti Computing — полупроводники + сверхпроводимость — и даже превосходит их. 

В камере сверхвысокого вакуума мы динамически разворачиваем и улавливаем атомные кубиты на кремниевом чипе, используя электромагнитные поля. Это позволяет нашим квантовым ядрам настраивать свою конфигурацию в программном обеспечении и масштабировать для обработки потенциально сотен кубитов без нового оборудования.

IonQ используют вакуумные камеры, где они динамически разворачивают и фиксируют атомные кубиты на кремниевом чипе, используя электромагнитное поле (Изображение: ionq.co)

Сегодня самая большая проблема с квантовыми компьютерами состоит в том, что они «шумят». Кубиты являются крайне чувствительными и неустойчивыми объектами, которые «разваливаются», когда им мешает практически что угодно (тепло, вибрация, рассеянное электромагнитное воздействие и т.д.). Построение систем для устранения возможных помех является важной задачей для систем на основе полупроводниковых сверхпроводящих кубитов. Эти системы требуют сложных подходов для исправления квантовых ошибок и до сих пор в значительной степени остаются достаточно непрактичными. Другая не менее сложная проблема — придумать, как контролируемо запутать большое количество кубитов. Не забывайте, что именно запутанность даёт квантовым вычислениям реальную силу. IonQ утверждает, что технология ловушек для ионов значительно лучше справляется с этими проблемами, чем сверхпроводящие подходы на основе полупроводников. 

IonQ вычисляются с использованием множества идентичных атомов иттербия. Как и в атомных часах иттербия, изоляция отдельных атомов уменьшает ошибку и улучшает стабильность.

Квантовая система IonQ использует множество идентичных ионов иттербия. Как и в атомных часах с иттербием, технология изоляции отдельных ионов уменьшает количество ошибок и улучшает стабильность (Изображение: ionq.co)

В ионных ловушках используются ионизированные молекулы с соответствующей валентной структурой в качестве регистров кубита. IonQ использует ионы Yb+ (иттербия). Ионы — идентичные и предсказуемые в своём поведении — удобны в использовании. Внешние электроны могут быть легко «накачаны» до более высокого энергетического уровня и оставаться в этом состоянии достаточно долго по меркам квантового мира. В зависимости от своего состояния молекула представляет собой ноль, единицу или нечто среднее. Подобные ионы легко генерировать, вставлять в ионную ловушку и удерживать их там в устойчивом состоянии. Взаимодействие с ними осуществляется с помощью внешних лазеров, которые переводят атомы в заданное состояние. В отличие от сверхпроводящих квантовых компьютеров на основе полупроводников, которые, помимо всего прочего, нуждаются к специальных системах охлаждения, системы с ионными ловушками дешевле, их легче создавать и эксплуатировать.

Точные лазеры хранят информацию о наших атомных кубитах, выполняют логические операции и соединяют их вместе в квантовом процессе, называемом запутанностью. Система IonQ без фиксированных проводов может соединять любые два кубита с помощью одной лазерной операции, что повышает точность.

Для считывания состояния кубитов используются точные лазеры, они также выполняют логические операции и соединяют ионы вместе в квантовом процессе, называемом запутанностью (Изображение: ionq.co)

Как утверждают в IonQ: «За цену одной только холодильной установки, даже если не учитывать детали, компоненты и всё остальное (что требуется для сверхпроводящего квантового компьютера), вы можете построить целую систему на основе ионных ловушек, обладающую гораздо большей мощностью и возможностями, при этом она также будет меньше по размеру, и вы сможете увеличивать количество кубитов, не меняя кардинально оборудование». С другой стороны, эксперты отмечают, что ионные ловушки необходимо контролировать с помощью сложной комбинации микроволновых и оптических устройств, что может быть проблематично, когда речь идет о серьёзном масштабировании квантовых компьютеров, использующих данную технологию. 

IonQ планирует удваивать количество своих кубитов примерно каждый год. Текущая архитектура поддерживает простое масштабирование до 32 кубитов, но в теории ёмкость одного модуля можно довести до 100-200 кубитов, а модули объединить оптическими трансиверами. Кроме того, компания активно занята созданием компилятора и оптимизатора для создания квантовых программ. Компания хочет в конечном итоге создать облачный сервис, где на повременной основе будет предоставляться доступ к их квантовым компьютерам. Также IonQ отмечает, что на текущий момент одной из важнейших проблем является отсутствие большого числа специалистов, способных создавать (или хотя бы портировать) программы, оптимизированные для работы на квантовых машинах. Для решения данной проблемы компания планирует предоставлять помощь своим клиентам в виде специализированной технической поддержки, которую назвали Q-tips.

View this post on Instagram

Экспериментальные квантовые чипы #Intel #tanglelake #quantumcomputing #SC18 #3dnewsru #3dnews

A post shared by 3DNews (@3dnews_live) on

Постоянный URL: http://servernews.ru/988832
28.05.2019 [09:33], Андрей Крупин

«Ростелеком» протестировал прототип облачного сервиса защиты передачи данных с квантовым шифрованием

Телекоммуникационный оператор «Ростелеком» в сотрудничестве с компанией «Криптософт» провёл тестовые испытания прототипа облачного сервиса по организации сверхзащищённых каналов передачи данных с использованием квантового распределения ключей шифрования.

Напомним, технологии квантовых коммуникаций основаны на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Поэтому незаметно «подслушать» информацию, которая передаётся по таким каналам, попросту невозможно.

Сообщается, что в ходе тестовых испытаний была организована передача критически важных данных между дата-центрами «Ростелекома» по каналу связи общей протяжённостью около 30 км. В местах передачи и приёма данных были установлены программно-аппаратные комплексы «Криптософт», обеспечивающие квантовое распределение ключей шифрования. Сервис был организован на облачной инфраструктуре «Ростелекома», скорость передачи данных составила 100 Мбит/с.

Испытания показали, что опробованные отечественные решения готовы к полноценному внедрению в повседневную практику. Это приближает появление коммерческих сервисов, основанных на квантовом шифровании передачи критически важных данных.

Материалы по теме:

Источник:

Постоянный URL: http://servernews.ru/988241
11.04.2019 [13:20], Сергей Карасёв

Российские физики помогут повысить пропускную способность оптоволоконных каналов

Достижение исследователей из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) открывает путь к увеличению пропускной способности оптоволоконных каналов связи, а следовательно, к увеличению скорости интернет-доступа.

Простейшая модель оптоволоконного канала связи обладает двумя параметрами — нелинейностью и дисперсией. Кроме того, на эффективность передачи информации влияют шумы. При заданной мощности входного сигнала и мощности шума указанные параметры определяют тот объём информации, который можно передать по каналу за единицу времени.

Российские специалисты смогли рассчитать максимальную пропускную способность бездисперсионного оптоволоконного канала связи. Учёные предложили оптимальный способ кодирования информации, теоретически позволяющий увеличить скорость передачи данных.

Важно отметить, что результаты расчётов физиков ИЯФ СО РАН уже подтверждены в ходе двух независимых компьютерных экспериментов, основанных на разных методах численного моделирования. Более подробно о проделанной работе можно узнать здесь.

Добавим, что в России ведутся активные исследования в сфере создания новых типов оптоволокна. К примеру, предложено оптическое волокно с сердцевиной квадратной формы, а также оптоволокно для телекоммуникаций, которое может использоваться в широком температурном диапазоне. 

Постоянный URL: http://servernews.ru/985694
29.01.2019 [13:50], Сергей Карасёв

Успешно испытаны российские решения для квантовой защиты информации

«Ростелеком» отрапортовал о новых достижениях в сфере разработки коммуникационных платформ с технологиями квантовой защиты передаваемой информации.

Речь идёт об использовании отечественных решений и оборудования для организации квантовой защиты передачи данных на действующей волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). В исследованиях приняли участие Российский квантовый центр (РКЦ), компании QRate и «С-Терра СиЭсПи».

Технология квантовых коммуникаций основана на использовании фундаментальных законов квантовой физики, которые невозможно обойти. Поэтому такие системы способны обеспечить высочайший уровень безопасности. Дело в том, что осуществить незаметное «прослушивание» канала связи попросту невозможно: любая попытка перехвата данных будет тут же обнаружена и предотвращена. Обеспечивается это за счёт того, что для обмена ключами шифрования в квантовых системах используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются при попытке вмешательства.

Итак, сообщается, что в ходе испытаний использовались комплекты оборудования QRate и «С-Терра СиЭсПи», которые используют наиболее современные технологические решения как квантового распределения ключей, так и шифрования данных в высоконагруженных каналах. Тестирование выполнялось на действующей ВОЛС компании «Ростелеком», соединяющей дата-центр М10 в Москве и лабораторию университета Сколтех в Сколково.

Испытания показали, что опробованные отечественные решения готовы к полноценному внедрению в повседневную практику. Это приближает появление коммерческих сервисов, основанных на квантовом шифровании передачи критически важных данных. 

Постоянный URL: http://servernews.ru/981908
18.10.2018 [12:39], Андрей Крупин

«Ростелеком» займётся развитием и продвижением проектов в области квантовых коммуникаций

Телекоммуникационный оператор «Ростелеком» займётся выработкой технических подходов по интеграции технологии квантовых коммуникаций в свои магистральные сети передачи данных. Об этом сообщил вице-президент компании по стратегическим инициативам Борис Глазков.

Речь, в частности, идёт о средствах квантового шифрования. Технология квантовых коммуникаций основана на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются, как только кто-то попытается перехватить данные. Поэтому незаметно «подслушать» информацию, которая передаётся по таким каналам, попросту невозможно.

Организовать тестирование многоузловой сети передачи данных с использованием квантового распределения ключей «Ростелеком» планирует в начале 2019 года. При этом подчёркивается, что приоритет при создании тестовой сети будет отдаваться отечественным производителям оборудования и решений.

На первом этапе потребителями сетевой инфраструктуры и сервисов на основе квантовых технологий станут государственный сектор и крупные финансовые структуры. В перспективе «Ростелеком» также планирует использовать квантовые ключи для защиты передачи данных в своей магистральной сети, например, между дата-центрами.

Материалы по теме:

Источник:

Постоянный URL: http://servernews.ru/976981
13.04.2018 [15:28], Сергей Карасёв

Предложен кубит новой конструкции для квантовых компьютеров

Международная группа учёных из России, Великобритании и Германии создала альтернативную конструкцию сверхпроводникового кубита — основы квантовых компьютеров.

Напомним, что квантовые вычислительные системы оперируют квантовыми битами, или кубитами. Они могут одновременно принимать значение и логического ноля, и логической единицы. Поэтому с ростом количества использующихся кубитов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии. А это обеспечивает колоссальную производительность при решении задач определённых типов.

Как теперь сообщается, исследователям удалось создать принципиально новый кубит, основанный не на джозефсоновском переходе, представляющем собой разрыв в сверхпроводнике, а на сплошной сверхпроводящей нано-проволоке. В работе приняли участие отечественные специалисты из Российского квантового центра, НИТУ «МИСиС», МФТИ и Сколтеха, а также их коллеги из Университета Лондона и Национальной физической лаборатории в Теддингтоне (Великобритания), Университета Карлсруэ и Института фотонных технологий (Германия).

Новый кубит основан на эффекте квантового проскальзывания фазы — контролируемого периодического разрушения и восстановления сверхпроводимости в сверхтонкой (около 4 нм) нано-проволоке, которая в обычном состоянии имеет довольно большое сопротивление.

Ожидается, что новое решение по сравнению с «обычными» кубитами обеспечит не меньшую (а, возможно, даже большую) функциональность и при этом будет гораздо более простым в изготовлении. Подробнее об изысканиях учёных можно узнать здесь

Постоянный URL: http://servernews.ru/968344
11.04.2018 [10:50], Сергей Карасёв

Достижение Microsoft поможет в создании более точного квантового компьютера

Группа исследователей Microsoft из Делфтского технического университета в Нидерландах провела эксперимент, результаты которого помогут в создании квантового компьютера, превосходящего по точности современные решения в десятки тысяч раз.

Специалисты экспериментально подтвердили существование фермиона Майораны. Он уникален тем, что является собственной античастицей и одновременно обладает свойствами полупроводника и суперпроводника. Существование таких частиц впервые рассмотрел итальянский физик Этторе Майорана в 1930-х годах.

Кубиты (квантовые биты) вычислителя, построенного на основе названных частиц, как ожидается, будут менее подвержены внешним влияниям и смогут давать более точные результаты, а значит, показывать большую производительность.

Если учёные преуспеют в создании работающих кубитов на основе фермиона Майораны, то рано или поздно клиенты Microsoft смогут пользоваться ресурсами квантового компьютера через облачную платформу Azure.

Предполагается, что системы нового типа смогут с высочайшей производительностью решать определённые задачи. Это, в частности, расчёты, связанные с криптографией, поиском новых лекарственных препаратов и пр. 

Постоянный URL: http://servernews.ru/968247
13.03.2018 [16:26], Сергей Карасёв

Российские учёные предложили материал для скоростного квантового Интернета

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) предлагают использовать «забытый» материал в качестве основы для высокоскоростного квантового Интернета.

Речь идёт о формировании абсолютно защищённых квантовых каналов передачи данных, которые невозможно прослушать незаметно для отправителя и получателя. Безопасность в таких сетях будет обеспечиваться законами квантовой физики. Дело в том, что невозможно создать копию неизвестного квантового состояния без изменения оригинала. Иными словами, о любом вмешательстве в канал связи моментально становится известно, и незаметно украсть информацию не выйдет.

Передавать данные лучше всего с помощью квантов света — фотонов, несущих квантовые биты. Однако сложность заключается в формировании системы, подходящей для практического использования. К примеру, квантовые точки хорошо работают только при очень низких температурах (около минус 200 °C), а ультрасовременные двумерные материалы, такие как графен, просто не могут часто излучать фотоны при электрическом возбуждении.

МФТИ

МФТИ

Учёные МФТИ предлагают решить проблему за счёт использования уже забытого сегодня в оптоэлектронике материала — карбида кремния. Исследователи показали, как усовершенствовать карбид-кремниевый однофотонный светодиод, чтобы повысить скорость излучения фотонов до нескольких миллиардов в секунду. Это позволяет увеличить до более чем 1 Гбит/с скорость передачи информации по абсолютно защищённому каналу и сделать квантовый Интернет таким же быстрым, как классический.

Подробнее об изысканиях физиков можно узнать здесь

Постоянный URL: http://servernews.ru/966873
Система Orphus