В июле нынешнего года Юлихский суперкомпьютерный центр в Германии (JSC) намерен ввести в эксплуатацию новый квантовый компьютер — 5-кубитную систему Spark немецко-финского производителя IQM Quantum Computers.

Новая система станет частью Унифицированной инфраструктуры квантовых вычислений Юлиха (Jülich UNified Infrastructure for Quantum Computing, JUNIQ). Spark будет работать в тандеме с классическими суперкомпьютерами, что позволит исследователям изучать различные варианты использования гибридных вычислений.

Базовая версия IQM Spark стоит менее €1 млн. Система разработана специально для проведения экспериментов, а также для применения в образовательных целях. В этом компьютере кубиты (квантовые биты) генерируются с помощью сверхпроводящих электронных резонансных цепей. Для этого их необходимо охлаждать до температур, близких к абсолютному нулю (-273,15 °C). Платформа IQM Spark отличается гибкими возможностями в плане расширения и подключения, что делает её идеально подходящей для использования в составе инфраструктуры JUNIQ.

Источник изображения: IQM

Отмечается, что квантовые компьютеры способны решать определённые задачи гораздо быстрее, чем это возможно с помощью классических НРС-комплексов. Это может быть, например, моделирование сложных химических реакций и молекул, оптимизация процессов в финансовом секторе и пр. Однако квантовые компьютеры всё ещё находятся на ранней стадии развития. Проект JUNIQ поможет найти новые практические применения концепции гибридных квантово-классических вычислений.

IQM развернула локальные квантовые системы в некоторых других университетах и исследовательских институтах, включая Суперкомпьютерный центр Лейбница в Германии (LRZ) и Центр технических исследований VTT в Финляндии.

Компания NVIDIA объявила о запуске платформы облачных микросервисов Quantum Cloud, которая поможет учёным и разработчикам проводить исследования в сфере квантовых вычислений для различных областей, включая химию, биологию и материаловедение.

В основу Quantum Cloud легла NVIDIA CUDA Quantum — открытая платформа, предназначенная для интеграции и программирования CPU, GPU и квантовых процессоров (QPU). Она даёт возможность выполнять сложные симуляции квантовых схем.

На базе микросервисов Quantum Cloud пользователи смогут непосредственно в облаке создавать и тестировать новые квантовые алгоритмы и приложения. Это могут быть, в частности, гибридные квантово-классические системы. Утверждается, что Quantum Cloud обладает развитыми возможностями и поддерживает интеграцию стороннего ПО для ускорения научных исследований.

Источник изображения: NVIDIA

В состав Quantum Cloud входит компонент Generative Quantum Eigensolver, разработанный в сотрудничестве с Университетом Торонто: он использует большие языковые модели (LLM), позволяющие квантовому компьютеру быстрее находить энергию основного состояния молекулы. Интеграция решений израильского стартапа Classiq помогает исследователям создавать большие и сложные квантовые программы, а также проводить глубокий анализ квантовых схем. В свою очередь, инструмент QC Ware Promethium решает сложные задачи квантовой химии, такие как молекулярное моделирование.

«Квантовые системы представляют собой следующий революционный рубеж в сфере вычислений. Quantum Cloud устраняет барьеры на пути изучения этой преобразующей технологии и позволяет любому учёному в мире использовать возможности квантовых вычислений и воплощать свои идеи в реальность», — говорит Тим Коста (Tim Costa), руководитель NVIDIA по направлению HPC и квантовых вычислений.

Компания NVIDIA сообщила о том, что её технологии лягут в основу нового японского суперкомпьютера ABCI-Q, предназначенного для проведения исследований в области квантовых вычислений. Платформа, в частности, будет использоваться для тестирования гибридных систем, объединяющих классические и квантовые технологии.

Развёртыванием комплекса займётся корпорация Fujitsu. Машина расположится в суперкомпьютерном центре ABCI (AI Bridging Cloud Infrastructure) Национального института передовых промышленных наук и технологий Японии (AIST). Ввод ABCI-Q в эксплуатацию намечен на начало 2025 года.

В состав суперкомпьютера войдут более 500 узлов, насчитывающих в общей сложности свыше 2000 ускорителей NVIDIA H100. Говорится о применении интерконнекта NVIDIA Quantum-2 InfiniBand, а также NVIDIA CUDA Quantum — открытой платформы для интеграции и программирования CPU, GPU и квантовых процессоров (QPU). Комплекс ABCI-Q проектируется с прицелом на возможность добавления будущих аппаратных компонентов для квантовых вычислений.

Источник изображения: NVIDIA

Ожидается, что ABCI-Q позволит проводить высокоточное квантовое моделирование в рамках исследовательских проектов в различных отраслях. Учёные смогут тестировать приложения нового типа с целью ускорения их практического внедрения. Кроме того, специалисты смогут прорабатывать передовые алгоритмы для решения специфичных задач. NVIDIA и AIST также планируют сотрудничать при разработке промышленных приложений на базе ABCI-Q.

В целом, ABCI-Q является частью стратегии Японии в области квантовых технологий, задачей которой является создание новых возможностей для бизнеса и общества, а также получение выгоды от квантовых технологий, в том числе посредством исследований в области ИИ, энергетики и биологии.

Австралийский суперкомпьютерный центр Pawsey начнёт использовать решение NVIDIA CUDA Quantum — открытую платформу для интеграции и программирования CPU, GPU и квантовых компьютеров (QPU). Ожидается, что это поможет ускорить развитие перспективного направления квантовых вычислений.

Pawsey развернёт в своём Национальном центре инноваций в области суперкомпьютеров и квантовых вычислений восемь узлов с суперчипами NVIDIA GH200. Эти изделия содержат 72-ядерный Arm-процессор Grace и ускоритель H100 с 96 Гбайт HBM3. Объём общей для обоих кристаллов памяти составляет 576 Гбайт (480 Гбайт LPDDR5x). Кристаллы соединены между собой шиной NVLink-C2C, обеспечивающей пропускную способность 900 Гбайт/с.

Сообщается, что узлы проектируемой системы будут использовать модульную архитектуру NVIDIA MGX, которая предназначена для построения HPC-систем и комплексов ИИ. Предполагается, что высокопроизводительная гибридная платформа с CPU, GPU и QPU позволит выполнять высокоточные и гибко масштабируемые квантовые симуляции. В рамках проекта будет применяться специализированное ПО NVIDIA cuQuantum для разработки квантовых решений.

Источник изображения: NVIDIA

Национальное научное агентство Австралии (CSIRO) оценивает размер внутреннего рынка квантовых вычислений в $2,5 млрд в год с потенциалом создания до 10 тыс. новых рабочих мест к 2040-му. Для достижения таких показателей необходимо внедрение квантовых вычислений в различных областях, включая астрономию, науки о жизни, медицину, финансы и пр.

Компания IQM опубликовала отчёт State of Quantum 2024 Report, в котором оценивается развитие глобальной отрасли квантовых вычислений. Объём венчурного финансирования в рассматриваемой сфере по итогам 2023 года составил около $1,2 млрд. Это в два раза меньше по сравнению с результатом за предыдущий год, когда инвестиции достигали $2,4 млрд.

Авторы исследования отмечают, что столь резкое падение объясняется несколькими причинами. Многие инвесторы переключили своё внимание на стремительно развивающийся рынок генеративного ИИ. Кроме того, на фоне сложной макроэкономической обстановки компании и фонды стали более осторожно подходить к финансированию стартапов.

Источник изображений: IQM

В исследовании говорится, что в 2023-м инвестиции в квантовые технологии на американском рынке рухнули на 80 % — с $1,4 млрд до $240 млн. В Азиатско-Тихоокеанском регионе зафиксировано падение на 17 % по сравнению с 2022 годом — с $260 млн до $217 млн. Вместе с тем на рынке EMEA (Европа, Ближний Восток и Африка) отмечен рост на 3 % — с $762 млн до $781 млн. Авторы отчёта подчёркивают, что наблюдающаяся тенденция не означает наступление «квантовой зимы». Отрасль продолжает развиваться, но более медленными темпами.

«Это связано со смещением приоритетов в сторону генеративного ИИ. Если раньше организации условно тратили $10 на инновации в области квантовых технологий, то теперь они тратят $5. Компании не отказываются от квантовых технологий, но понимают, что ИИ может принести выгоду быстрее», — отмечает вице-президент Gartner Research Мэтью Брисс (Matthew Brisse).

В 2023 году отмечен заметный прогресс в квантовой сфере. Например, IBM представила процессор Condor с 1121 кубитом, а NVIDIA анонсировала проект по созданию передовой лаборатории квантовых вычислений. В целом, как отмечается, понимание потенциала квантовых вычислений растёт, причём финансовые приложения, квантовая химия, моделирование и криптография считаются наиболее многообещающими направлениями развития.

Компания Hyperion Research опубликовала прогноз по глобальному рынку квантовых вычислений на ближайшие годы. Аналитики считают, что отрасль будет демонстрировать устойчивый рост и уже в следующем году превысит знаковую отметку в $1 млрд.

По оценкам, в 2023-м глобальные затраты в сегменте квантовых вычислений составили приблизительно $848 млн. В дальнейшем показатель CAGR (среднегодовой темп роста в сложных процентах) ожидается на уровне 22,1 %. В результате, в 2024 году расходы поднимутся до $1,036 млрд, в 2025-м — до $1,264 млрд. По итогам 2026 года объём рынка может составить $1,544 млрд.

Источник изображений: Hyperion Research

Hyperion Research отмечает, что экосистема квантовых вычислений становится всё более сложной на фоне появления специализированных аппаратных решений и развития технологий. Вместе с тем остаётся большое количество неопределённостей: от определения архитектуры квантовых элементов до реализации необходимой коррекции ошибок и масштабирования систем. Кроме того, требуется создание библиотеки квантовых алгоритмов и приложений для выполнения практических задач.

Из всех компаний, деятельность которых проанализировали специалисты Hyperion Research, только две сообщили о том, что их выручка от квантового бизнеса в 2023 году превысила $50 млн. Ещё два игрока рынка заявили о поступлениях в размере $25–$50 млн, пять — от $10 млн до $25 млн, девять — от $5 млн до $10 млн. У 20 компаний, развивающих квантовые вычисления, выручка оказалась в диапазоне от $1 млн до $5 млн, у девяти — от $500 тыс. до $1 млн. Ещё 17 участников опроса сообщили о поступлениях менее $500 тыс.

Исследование показало, что приблизительно 57 % всех компаний и организаций, ведущих исследования и разработки в области квантовых вычислений, в 2023 году находились в Северной Америке. Около 23 % игроков рынка базировались в Европе, примерно 10 % — в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Доля Японии составила 7 %, Ближнего Востока и Африки — 2 %.

Британское правительство намерено потратить дополнительные £500 млн (около $626 млн), чтобы местные учёные и исследовательские организации получили возможность заниматься передовыми ИИ-разработками. Как уточняет Silicon Angle, дополнительно будет реализовано пять новых квантовых проектов в рамках Национальной квантовой стратегии с бюджетом £2.5 млрд (примерно $3,1 млрд).

£500 млн потратят на ИИ-инфраструктуру в ближайшие два года, а общий объём планируемых инвестиций в эту сферу превысит £1,5 млрд. Закупленное оборудование будет доступно учёным и экспертам по машинному обучению, а также стартапам в области ИИ. В частности, именно в рамках этой инициативы для Бристольского университета создаётся ИИ-суперкомпьютер Isambard-AI.

В рамках Национальной квантовой стратегии власти намерены запустить пять специализированных проектов. В частности, одна из инициатив направлена на внедрение квантовых компьютеров, «способных выполнять триллион операций» [подряд до первой ошибки]. Власти считают, что такие вычисления нецелесообразно проводить с помощью классических компьютеров и суперкомпьютеров. В перспективе они надеются с помощью квантовых технологий добиться прорывов в самых разных отраслях: здравоохранении, финансах, оборонном и энергетическом секторах, промышленности и др.

Источник изображения: Karlis Reimanis/unsplash.com

Параллельно будет реализовано создание сети, связывающей многочисленные удалённые квантовые процессоры, причём одной из задач станет коммерциализация квантовых сетевых технологий. Наконец, ещё три проекта связаны с разработкой квантовых сенсоров, в том числе мобильных, а также созданием нового поколения систем навигации на базе квантовых решений. Кроме того, Великобритания выделит средства на поддержку талантливых учёных и университетских стартапов, подготовку венчурных инвесторов и математиков, создание батарей и низкоорбитальных спутников и т.д.

Крупнейшая в мире химическая компания BASF продемонстрировала, как квантовый алгоритм позволяет сделать то, чего не может традиционное моделирование — проверить ключевые свойства перспективного химического соединения FeNTA, с помощью которого можно удалять из городских сточных вод токсичные металлы, такие как железо.

Команда BASF смоделировала с помощью ускорителей NVIDIA 24-кубитный квантовый компьютер и продемонстрировала, как он может справиться с новыми задачами. Исследователи BASF полагаются в работе на облако NVIDIA DGX Cloud с ускорителями NVIDIA H100. Вдобавок они уже протестировали первые 60-кубитные симуляции на суперкомпьютере NVIDIA EOS. «Это самая масштабная симуляция квантового алгоритма, которую мы когда-либо запускали», — отметил Майкл Кун (Michael Kuehn) из BASF.

Изображения: NVIDIA

BASF выполняет моделирование посредством NVIDIA CUDA Quantum, открытой платформы для интеграции и программирования CPU, ускорителей вычислений (GPU) и квантовых компьютеров (QPU). Разработчик Давид Водола (Davide Vodola) охарактеризовал платформу как «очень гибкую и удобную в использовании, позволяющую создавать сложную симуляцию квантовой схемы из относительно простых строительных блоков <…> Без CUDA Quantum было бы невозможно запустить это моделирование», — сказал он. В дополнение к работе в области химии команда BASF разрабатывает варианты использования квантовых вычислений в машинном обучении, а также для оптимизации логистики и планирования.

Другие компании тоже используют CUDA Quantum в научных исследованиях. Например, в SUNY Stony Brook исследователи используют платформу в области физики высоких энергий для моделирования сложных взаимодействий субатомных частиц. «CUDA Quantum позволяет нам проводить квантовое моделирование, которое в противном случае было бы невозможно», — сказал Дмитрий Харзеев, профессор SUNY и научный сотрудник Брукхейвенской национальной лаборатории.

В свою очередь, Hewlett Packard Labs применяет суперкомпьютер Perlmutter для крупнейших симуляций в области квантовой химии, которую обычными инструментами реализовать очень сложно. «По мере прогресса в практическом применении квантовых компьютеров классическое HPC-моделирование станет ключевым для создания прототипов новых квантовых алгоритмов, — говорит Кирк Брезникер (Kirk Bresniker), главный архитектор Hewlett Packard Labs. — Моделирование и обучение на основе квантовых данных являются перспективными путями использования потенциала квантовых вычислений».

Израильский стартап Classiq, чей новый подход к написанию квантовых программ использует более 400 университетов, объявил о создании вместе с NVIDIA исследовательского центра в Тель-Авивском медицинском центре Сураски. Здесь будут обучать экспертов в области естественных наук написанию квантовых программ, которые помогут в диагностике заболеваний и создании новых лекарств. Classiq создал ПО для проектирования, которое автоматизирует низкоуровневые задачи, позволяя разработчикам не вникать в детали функционирования квантового компьютера. Сейчас его софт интегрируют с CUDA Quantum.

Швейцарская Terra Quantum разрабатывает гибридные квантовые приложения для науки о жизни, энергетики и финансов, которые будут работать на CUDA Quantum. Поддержку платформы своим QPU обеспечила и компания IQM из Финляндии. Также известно, что несколько компаний, включая Oxford Quantum Circuits, будут использовать суперчипы NVIDIA Grace Hopper для обеспечения своих гибридных квантовых разработок.

Компания Quantum Machines объявила, что Израильский национальный квантовый центр в Тель-Авиве станет первым местом развёртывания NVIDIA DGX Quantum на базе Grace Hopper. Центр будет использовать DGX Quantum в работе квантовых компьютеров от Quantware, ORCA Computing и других компаний. Кроме того, qBraid из Чикаго (США) применяет Grace Hopper в работе над созданием квантового облачного сервиса, а Fermioniq из Амстердама (Нидерланды) — в разработке новых алгоритмов.

Компания NVIDIA начала сотрудничество с канадской Xanadu Quantum Technologies для того, чтобы запустить крупномасштабную симуляцию квантовых вычислений на суперкомпьютере. Как сообщает Silicon Angle, исследователи используют новейший фреймворк PennyLane компании Xanadu и разработанное NVIDIA ПО cuQuantum для создания квантового симулятора.

PennyLane представляет собой фреймворк с открытым кодом, предназначенный для «гибридных квантовых вычислений», а инструменты cuQuantum для разработки программного обеспечения позволяют организовать симулятор квантовых вычислений, используя высокопроизводительные кластеры ускорителей. Вычислительных ресурсов действительно требуется немало, поскольку для воспроизведения работы квантовой модели из около 30 кубитов потребовалось 256 ускорителей NVIDIA A100 в составе суперкомпьютера Perlmutter.

Источник изображения: geralt/pixabay.com

Как заявляют в Xanadu, комбинация PennyLane и cuQuantum позволяет значительно увеличить число симулированных кубитов — ранее подобных возможностей просто не было. Тесты cuQuantum с одним ускорителем показали повышение производительности симуляции на порядок. Уже к концу текущего года учёные рассчитывают масштабировать технологию до 1 тыс. узлов с использованием 4 тыс. ускорителей, что позволит создать симуляцию более 40 кубитов.

Источник изображения: Xanadu

Учёные утверждают, что крупными симуляциями в результате смогут пользоваться даже стажёры. Всего планируется реализация не менее шести проектов с использованием соответствующей технологии для изучения физики высоких энергий, систем машинного обучения, развития материаловедения и химии. Xanadu уже сейчас работает с Rolls-Royce над разработкой квантовых алгоритмов, позволяющих создавать более эффективные двигатели, а также с Volkswagen Group над проектами по созданию эффективных аккумуляторов.

Компания International Data Corporation (IDC) опубликовала свой второй прогноз по мировому рынку квантовых вычислений. Аналитики сообщают, что отрасль развивается медленнее, чем ожидалось ранее, тем не менее, в обозримом будущем расходы в соответствующей сфере продолжат устойчиво расти.

По оценкам, в 2022 году объём сектора составил приблизительно $1,1 млрд. В 2027-м, прогнозирует IDC, затраты достигнут $7,6 млрд. Если эти ожидания оправдаются, показатель CAGR (среднегодовой темп роста в сложных процентах) в течение пяти лет окажется на уровне 48,1 %.

Источник изображения: pixabay.com

Новый прогноз IDC значительно осторожнее предыдущего. Отмечается, что на расходы в области квантовых вычислений негативно повлияли несколько факторов. Это, в частности, недостаточно быстрый прогресс в сфере разработки квантового оборудования. Ещё одна причина —  появление других перспективных технологий, таких как генеративный ИИ, которые, как ожидается, в ближайшем будущем обеспечат большую ценность для конечных пользователей. Кроме того, замедление развития отрасли квантовых вычислений провоцируют макроэкономические факторы: высокие процентные ставки и темпы инфляции, перспектива экономического спада.

IDC ожидает, что инвестиции на рынке квантовых вычислений будут расти в среднем на 11,5 % в течение 2023–2027 гг. и достигнут почти $16,4 млрд к концу рассматриваемого периода. В эту цифру входят вложения, сделанные государственными и частными учреждениями, затраты поставщиков технологий и услуг, а также внешнее финансирование от венчурных фондов и частных инвестиционных компаний.