QMware и QuiX Quantum объявили о создании в нидерландском Энсхеде гибридного дата-центра, в котором сочетается классическая HPC-инфраструктура с квантовыми технологиями. Как сообщает Inside HPC, речь идёт о первой интегрированной гибридной системе такого типа. Ожидается, что ЦОД будет готов к коммерческому использованию уже в августе 2023 года.

Пока известно, что проприетарное программное обеспечение QMware позволяет объединить принципиально разные аппаратные вычислительные системы, способные использовать общую память. Повышенные вычислительные мощности позволят обеспечивать более точные результаты, а благодаря QuiX Quantum с её масштабируемой технологией, можно использовать системы для самых разных ресурсоёмких задач.

Источник изображения: QuiX Quantum

Квантовый компьютер компании QuiX Quantum оптимально подходит для гибридной системы, поскольку способен работать при комнатной температуре и легко масштабируется. Для соединения с HPC-инфраструктурой используется оптоволоконное подключение. Управление системой обеспечит унифицированная версия Linux — в сравнении с существующими гибридными решениями новая инфраструктура намного производительнее и экономичнее.

Если существующие гибридные системы обычно требуют веб-интеграции квантовой составляющей и HPC-оборудования, то в данном случае этого не требуется, взаимодействие на одной площадке обеспечивает проприетарное железо и ПО Qmware. В результате конечные клиенты получают одновременный доступ к мощностям обоих типов с низкой задержкой.

Представителями партнёров ожидают, что использование гибридной инфраструктуры позволит обрабатывать данные в некоторых приложениях до 10 раз быстрее. По словам представителя QuiX Quantum, компания намерена обеспечить использование квантовых технологий в прикладной сфере. По его мнению, оптимизация энергосетей, цепочек поставок или дорожного движения — лишь немногие из сфер, где, возможно, будут применяться гибридные технологии при сотрудничестве с Qmware.

Квантовые компьютеры довольно активно покупаются и используются операторами ЦОД, в том числе речь идёт и о гибридных системах. Так, только в марте этого года NVIDIA представила систему DGX Quantum для гибридных квантово-классических вычислений.

Компания NVIDIA в партнёрстве с Quantum Machines анонсировала DGX Quantum — первую систему, объединяющую GPU и квантовые вычисления. Решение использует новую открытую программную платформу CUDA Quantum. Утверждается, что система предоставляет революционно архитектуру для исследователей, работающими с гибридными вычислениями с низкой задержкой.

NVIDIA DGX Quantum объединяет средства ускоренных вычислений на базе Grace Hopper (Arm-процессор + ускоритель H100), модели программирования с открытым исходным кодом CUDA Quantum и передовую квантовую управляющую платформу Quantum Machines OPX+. Такая комбинация позволяет создавать ресурсоёмкие приложения, сочетающие квантовые вычисления с современными классическими вычислениями. При этом в числе прочего обеспечивается работа гибридных алгоритмов и коррекция ошибок.

Источник изображения: NVIDIA

Представленное решение предполагает соединение Grace Hopper и Quantum Machines OPX+ посредством интерфейса PCIe. Это обеспечивает задержку менее микросекунды между ускорителем и блоками квантовой обработки (QPU). Отмечается, что OPX+ — это универсальная система квантового управления. Таким образом, можно максимизировать производительность QPU и предоставить разработчикам новые возможности при использовании квантовых алгоритмов. Системы Grace Hopper и OPX+ можно масштабировать в соответствии с потребностями — от QPU с несколькими кубитами до суперкомпьютера с квантовым ускорением.

Источник изображения: NVIDIA

О намерении интегрировать CUDA Quantum в свои платформы уже заявили компании по производству квантового оборудования Anyon Systems, Atom Computing, IonQ, ORCA Computing, Oxford Quantum Circuits и QuEra, разработчики ПО Agnostiq и QMware, а также некоторые суперкомпьютерные центры.

Компания OVHcloud, европейский поставщик облачных услуг, сообщила о приобретении своего первого квантового компьютера у парижской фирмы Quandela. Систему планируется использовать в рамках различных исследовательских проектов в области квантовых вычислений.

Компьютер построен на платформе Quandela MosaiQ с фотонным процессором. OVHcloud заказала 2-кубитную систему, которая в процессе работы охлаждается до -265 °C. При этом система может быть смонтирована в стандартной 19″ стойке.

О стоимости проекта и месте размещения квантового компьютера ничего не сообщается. Но говорится, что поставки оборудования запланированы на осень 2023 года. Благодаря использованию фотоники платформа с течением времени может обновляться и модифицироваться. Пока не ясно, предложит ли OVHcloud доступ к квантовой системе своим клиентам.

Источник изображения: Quandela

Между тем британская компания Oxford Quantum Circuits (OQC) объявила о планах по установке квантового компьютера в дата-центре Equinix в Токио (Япония). Оборудование будет смонтировано на площадке Equinix TY11 Tokyo IBX. Благодаря использованию сети Equinix Fabric мощности системы станут доступны в формате «квантовые вычисления как услуга» для корпоративных заказчиков OQC по всему миру.

Технические характеристики квантового компьютера не разглашаются, но отмечается, что новый сервис будет запущен к концу текущего года. Это вторая подобная сделка OQC по размещению квантового компьютера в колокейшн-центре. В прошлом году компания сообщила об установке квантовой системы в дата-центре Cyxtera LHR3 в Великобритании. Таким образом, операторы ЦОД и площадок колокации стремятся догнать крупные облака, которые уже предлагают доступ сразу к нескольким системам.

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) назвало трёх партнёров для своей программы исследования квантовых вычислений Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC): Microsoft, Atom Computing и PsiQuantum.

Цель инициативы US2QC заключается в том, чтобы выяснить, возможно ли создать квантовую систему, вычислительная ценность которой превышает её стоимость, быстрее, чем это предсказывают прогнозы. Для этого планируется исследовать принципиально новые подходы к квантовым вычислениям.

Источник изображения: Microsoft

Microsoft, в частности, намерена развивать свою технологию масштабируемых квантовых вычислений на основе топологических кубитов. Утверждается, что такая уникальная архитектура теоретически позволяет квантовой системе быть достаточно маленькой, чтобы поместиться в обычной стойке, и достаточно быстрой, чтобы решать практические проблемы. Такой компьютер сможет управлять более чем 1 млн кубитов.

Atom Computing сосредоточится на обеспечении масштабируемости квантовых вычислений за счёт атомных массивов. В рамках сотрудничества с DARPA будут изучены новые способы масштабирования количества кубитов для более крупных систем, дополнительные уровни запутанных связей для повышения производительности и более широкий набор алгоритмов квантовой коррекции ошибок для обеспечения отказоустойчивости.

PsiQuantum в рамках этого проекта намерена изучить проблемы, связанные с созданием отказоустойчивых квантовых компьютеров — гораздо более крупных и мощных, чем существующие маломасштабные системы. Всем трём компаниям предстоит представить концепцию, описывающую их планы по созданию квантового компьютера. Затем необходимо описать все компоненты и подсистемы, которые — после создания и тестирования — покажут, что крупномасштабный квантовый компьютер может быть построен в соответствии с проектом и работать так, как предполагалось.

К HPC-комплексу LUMI, установленному в Финском научном IT-центре CSC в Каяани, подключён квантовый компьютер HELMI исследовательской организации VTT. Утверждается, что впервые в Европе исследователи смогут воспользоваться преимуществами гибридной архитектуры, совмещающей традиционный суперкомпьютер и квантовую систему общего назначения. Евросоюз планирует создать целую инфраструктуру из HPC-комплексов, дополненных квантовыми системами. Для их размещения уже выбраны шесть локаций в Чехии, Германии, Испании, Франции, Италии и Польше.

Постройка LUMI началась в 2021 году, а официальный запуск состоялся в 2022-м. В основу положена платформа HPE Cray EX. Конфигурация включает блок с ускорителями в составе 2560 узлов, каждый из которых состоит из одного 64-ядерного кастомного процессора AMD EPYC Trento и четырёх AMD Instinct MI250X. Второй блок содержит только 64-ядерные CPU AMD EPYC Milan в 1536 двухсокетных узлах. В текущем рейтинге TOP500 LUMI занимает третье место с производительностью 151,9 Пфлопс и пиковым быстродействием 214,4 Пфлопс.

Источник изображений: VTT

В свою очередь, HELMI — это 5-кубитный квантовый компьютер, который также начал эксплуатироваться в 2021 году. Интеграция систем была выполнена совместными усилиями Центра технических исследований Финляндии VTT, CSC и Университетом Аалто в рамках финской инфраструктуры квантовых вычислений FiQCI. Сейчас планируется провести открытый конкурс с предоставлением пилотного доступа к системе финским университетам и исследовательским организациями. В дальнейшем доступ к системе будет предоставлен более широкой аудитории.

Интеграция LUMI и HELMI, как ожидается, позволит решать самые сложные вычислительные задачи, с которыми ни одна из этих систем не способна справиться в одиночку — некоторые типы задач можно решать быстрее, точнее или с меньшими затратами энергии именно на квантовых компьютерах, которые, в свою очередь, не годятся для традиционных расчётов. Например, оптимизацию цепочек поставок, маршрутов поездок и управление портфелем проще выполнять с помощью квантовых компьютеров.

Гибридная система также поможет в разработке новых продуктов и материалов в фармацевтической, химической и аккумуляторной промышленности. А совместное использование ИИ и квантовых вычислений позволит вывести на новый уровень создание новых молекулярных структур. Кроме того, гибридный комплекс ускорит и упростит разработку квантовых алгоритмов и специализированного ПО для квантовых компьютеров.

VTT позиционирует HELMI в большей степени как квантовый ускоритель или сопроцессор, предназначенный для работы вместе с мощными HPC-системами, такими как LUMI. Планируется, что новый гибридный комплекс будет применяться в тех областях, где решающее значение имеют высокая точность и качество расчётов, но время на решение задачи ограничено. Это могут быть, например, краткосрочные прогнозы погоды. VTT уже проектирует квантовый компьютер с 20 кубитами, а на 2024 год намечен запуск 50-кубитной системы.

Расположенная в Кракове Академия Горичзо Хутнича (AGH) ввела в эксплуатацию новый суперкомпьютер Athena. А в скором времени польская Познань приютит и один из первых квантовых компьютеров, создаваемых в рамках панъевропейского проекта European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU).

Новый суперкомпьютер встал в строй в компьютерном центре CYFRONET, расположенном в ЦОД Podole Data Center. Задействована передовая система управления энергией, охлаждением и кондиционированием, а выделяемое суперкомпьютером тепло используется для отопления здания. Athena имеет пиковую производительность 7,7 Пфлопс и занимает 105 место в последнем списке TOP500 самых мощных суперкомпьютеров мира. Быстродействие не так велико, но зато эта система входит в десятку самых энергоэффективных суперкомпьютеров в списке Green500. Потребляет машина всего 147 кВт.

Источник изображения: CYFRONET

Суперкомпьютер построен польской компанией Format и состоит из 48 серверов FormatServer THOR ERG21, оснащённых 6144 вычислительными ядрами — используются процессоры AMD EPYC, 384 SXM-ускорителя NVIDIA A100 (40 Гбайт) и интерконнект InfiniBand HDR. Athena предназначена в первую очередь для ИИ-нагрузок и решения медицинских задач. Новая система дополнит уже работающие в CYFRONET Prometheus (2,3 Пфлопс, HPE) и Ares (3,5 Пфлопс, Huawei).

Не менее важен и ещё один проект — в Познаньском суперкомпьютерном и сетевом центре (PSNC) будет построен квантовый компьютер при сотрудничестве с компанией Creotech Instruments. Это одна из шести европейских площадок, выбранных в рамках проекта EuroHPC. Предусматривается привлечение в центр экспертов по квантовым технологиям из Центральной и Восточной Европы, включая Австрию, Венгрию, Латвию, Литву и Словению. Помимо Польши, ко второй половине 2023 года Европа намерена ввести в эксплуатацию квантовые мощности в Германии, Испании, Франции, Италии и, наконец, Чехии.

В рамках проекта European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU), реализуемого властями Евросоюза, странами-участницами и частными компаниями с целью создания инфраструктуры высокопроизводительных вычислений, отобраны первые локации, предназначенные для размещения квантовых компьютеров.

Представители Еврокомиссии считают, что совместный проект является важнейшим для цифрового общества региона, позволит не только внести вклад в борьбу с изменениями климата, но и станет значимым шагом на пути создания доступной квантовой инфраструктуры в ЕС.

Источник изображения: IT4Innovations

Агентство EuroHPC JU приняло решение о размещении первых квантовых компьютеров в Чехии, Германии, Испании, Франции, Италии и Польше, причём новые системы, предназначенные преимущественно для разработок и научных исследований, проводимых учёными из ЕС, могут ввести в эксплуатацию уже ко второй половине 2023 года. Системами также смогут пользоваться представители промышленности и государственного сектора.

Ожидается, что квантовые системы интегрируют в уже существующие суперкомпьютеры, а специально отобранные операторы будут управлять ими от имени EuroHPC JU. Вендоры, ответственные за выпуск квантовых систем, пока не названы. Системы будут софинансироваться EuroHPC JU посредством инициативы Digital Europe Programme и 17-ю странами ЕС. В частности, EuroHPC оплатит до половины расходов. Общие инвестиции составят порядка €100 млн, хотя точные суммы ещё предстоит выяснить.

Пока в рамках сотрудничества EuroHPC JU построено семь суперкомпьютеров: Vega в Словении, MeluXina в Люксембурге, Discoverer в Болгарии, Karolina в Чехии, Deucalion в Португалии, LUMI в Финляндии, а также Leonardo в Италии. В следующем году в Испании будет введён в эксплуатацию Marenostrum 5 производительностью 314 Пфлопс, а площадка Forschungszentrum Jülich в Германии рассматривается в качестве базы для первой системы экзафлопсного уровня — JUPITER. Также в планах есть системы относительно небольшой производительности: DAEDALUS (Греция), LEVENTE (Венгрия), CASPIr (Ирландия) и EHPCPL (Польша).

Компания IonQ, специализирующаяся на разработках в области квантовых вычислений, объявила о доступности IonQ Aria, своего первого коммерчески доступного квантового компьютера, исключительно на платформе Azure Quantum. Aria — вторая система IonQ, появившаяся на платформе Azure Quantum после запуска IonQ Harmony в конце 2019 года.

Глава IonQ отметил, что доступность IonQ Aria и IonQ Harmony в Azure Quantum даёт корпоративным клиентам и исследовательским учреждениям возможность выбора квантовой системы, которая лучше всего подходит для их конкретных потребностей. Aria, по словам IonQ, является сейчас лучшим из публично анонсированных квантовых компьютеров в мире с показателем #AQ (Algorithmic Qubit), равным 23. Более высокий показатель #AQ потенциально может обеспечить более быструю разработку квантовых симуляций и алгоритмов, чем предыдущее поколение квантовых компьютеров.

Источник изображения: IonQ

Избранные клиенты уже начали использовать систему для разработки алгоритмов, снижающих финансовые риски, моделирующих химические реакции в батареях электромобилей и улучшающих классификацию изображений для разрабатываемых автономных транспортных средств. Среди областей применения также называются машинное обучение и логистика. Ежемесячная подписка на доступ к IonQ Aria в Azure Quantum включает сопровождение, консультационные услуги и техническую поддержку. Также Azure предлагает исследователям гранты на сумму до $10 тыс. для доступа к системам IonQ, Honeywell и Rigetti.

В последние годы резко вырос спрос на квантовые системы, которые могут помочь справиться с ранее нерешаемыми задачами. В первой половине этого года IonQ сообщила о коммерческом партнёрстве с Hyundai Motors с целью разработки более эффективных аккумуляторов для электромобилей, а также использования квантового машинного обучения для систем распознавания трёхмерных объектов.

Квантовые компьютеры пока ещё очень молоды, но всё чаще они воспринимаются не как чисто научная «игрушка», а как полезные устройства, способные дать выигрыш в реальных задачах. Программирование таких систем нетривиально, и компания NVIDIA попыталась решить эту проблему, создав унифицированную среду разработки.

Новая программная платформа получила название QODA — Quantum Optimized Device Architecture. Это название очень созвучно CUDA, и цели компания поставила аналогичные — создать единый, унифицированный стандарт программирования для всего спектра квантовых и гибридных систем.

Впрочем, в отличие от CUDA, новая платформа QODA изначально сделана открытой. Как полагает NVIDIA, время квантовых вычислений не за горами, а новый инструментарий уже сейчас позволит разрабатывать для них программное обеспечение, используя симуляцию квантовых процессоров с помощью систем NVIDIA DGX, как обладающих достаточно высокой для этого производительностью.

Источник: NVIDIA

Также предполагается использовать для этого ускорители NVIDIA, установленные в мощнейших суперкомпьютерах мира. Как полагает глава отдела высокопроизводительных и квантовых вычислений NVIDIA, применение гибридных систем, сочетающих обычные и квантовые вычисления, уже в ближайшем будущем может привести к прорывам в ряде научных отраслей, поэтому создание эффективной модели программирования для этих систем так важно.

Множество организаций, работающих над созданием квантовых и гибридных вычислительных систем уже используют другое специализированное ПО, NVIDIA cuQuantum, для разработки квантовых решений. В сочетании с QODA это даст возможность разработки полноценных квантовых приложений с полноценной симуляцией, не дожидаясь появления самих аппаратных квантовых систем.

На токийской конференции Q2B было озвучено достигнутое соглашение с такими разработчиками квантового аппаратного обеспечения как IQM Quantum Computers, Pasqal, Quantinuum, Quantum Brilliance и Xanadu, разработчиками ПО QC Ware и Zapata Computing, а также с суперкомпьютерным центром Юлиха, лабораторией Беркли и Национальной лабораторией Окриджа, как владельцами мощных HPC-систем, способных симулировать квантовые вычисления.

Сведений о QODA пока немного даже на сайте NVIDIA, но там уже можно присоединиться к новой программе, чтобы узнать больше. Но даже сейчас очевидно, что массовое освоение квантовых вычислений способно принести немалую пользу в самых различных отраслях науки и техники, включая создание новых лекарств и материалов. Платформу для будущего прорыва надо закладывать уже сейчас, поэтому инициатива NVIDIA не выглядит преждевременной.

Канадский разработчик Xanadu продемонстрировал преимущества квантовых вычислений с помощью Borealis, первого фотонного квантового компьютера, обеспечивающего полную программируемость всех своих шлюзов. Чтобы наглядно показать, на что способен квантовый компьютер с 216 «сжатыми» кубитами, Xanadu сделала его доступным в публичном облаке Xanadu Cloud для всех желающих. Вскоре он также появится в облачном сервисе Amazon Braket.

Кроме того, Xanadu продемонстрировал так называемое квантовое превосходство (Quantum Supremacy) своего решения, запустив задачу, использующую метод выборки гауссовых бозонов (Gaussian boson sampling, GBS). Используя прямое численное моделирование, самый мощный суперкомпьютер в мире потратил бы около 9000 лет на получение одного результата, на что у Borealis уходит всего 36 мкс. Ранее о достижении квантового превосходства на компьютере Sycamore заявила Google, но впоследствии это заявление было опровергнуто. Затем о достижении этой вехи сообщил Китайский университет науки и технологии (USTC).

Источник изображения: Xanadu

Отличие архитектуры Borealis заключается в том, что она использует временное мультиплексирование для получения 216 запутанных кубитов, причём без необходимости создания специального оборудования для каждого отдельного кубита. Borealis можно запрограммировать с помощью ПО Xanadu Strawberry Fields, предназначенного для создания, моделирования и выполнения программ на фотонных квантовых компьютерах. Сейчас команда Xanadu занимается разработкой отраслевых приложений и работает над одной из монументальных проблем — созданием устойчивых к ошибкам квантовых вычислителей.