IBM запустила свої найдосконаліші квантові комп'ютери

Компанія IBM на своїй першій конференції IBM Quantum Developer Conference оголосила про апаратні та програмні досягнення в галузі квантових технологій, які дають змогу виконувати складні алгоритми на квантових комп'ютерах IBM з рекордним рівнем масштабу, швидкості та точності.

IBM Quantum Heron, найпродуктивніший на сьогодні квантовий процесор компанії, доступний в глобальних квантових центрах обробки даних IBM, тепер може використовувати Qiskit для точного виконання певних класів квантових схем з 5000 двокубітними операціями на затворі. Тепер користувачі можуть використовувати ці можливості для розширення досліджень того, як квантові комп'ютери можуть розв'язувати наукові проблеми в галузі матеріалів, хімії, наук про життя, фізики високих енергій та інших.

Це продовжує досягнення основних етапів дорожньої карти IBM з розвитку квантових технологій і сприяє подальшому розвитку ери квантової корисності в міру того, як IBM і її партнери просуваються до квантових переваг і передової системи IBM з корекцією помилок, запланованої на 2029 рік.

Сукупні удосконалення IBM Heron і Qiskit дають змогу виконувати певні дзеркально відбиті квантові схеми Ізінга завдовжки до 5000 вентилів, що майже удвічі більше, ніж у демонстрації квантової корисності IBM у 2023 році. Ця робота ще більше розширює можливості квантових комп'ютерів IBM, виходячи за межі можливостей грубих класичних методів моделювання. Експеримент 2023 utility, опублікований у журналі Nature, продемонстрував результати за швидкістю з погляду часу опрацювання кожної точки даних, яке склало 112 годин. Той самий експеримент із використанням тих самих точок даних був проведений на новітньому процесорі IBM Heron і був завершений за 2,2 години, що в 50 разів швидше.

IBM ще більше вдосконалила Qiskit, перетворивши його на найпродуктивніше у світі квантове програмне забезпечення, щоб розробникам було простіше створювати складні квантові схеми, що вирізняються стабільністю, точністю і швидкістю. Про це свідчать результати, зібрані та опубліковані на сайті arXiv.org за допомогою Benchpress, інструменту бенчмаркінгу з відкритим вихідним кодом, який IBM використала для вимірювання Qiskit у 1000 тестах, в основному від сторонніх розробників, та виявила, що він є найбільш високопродуктивним і надійним набором для розроблення квантового програмного забезпечення порівняно з іншими обраними платформами.

«Досягнення в галузі апаратного забезпечення та Qiskit дають змогу нашим користувачам створювати нові алгоритми, в яких передові квантові та класичні суперкомп'ютерні ресурси можуть бути пов'язані разом, щоб об'єднати їхні відповідні переваги», - сказав Джей Гамбетта (Jay Gambetta), віцепрезидент IBM Quantum. «У міру просування шляхом створення квантових систем з корекцією помилок алгоритми, відкриті сьогодні в різних галузях, стануть ключем до реалізації потенціалу розв'язання нових завдань, що виникають завдяки злиттю QPU, CPU і GPU».

Квантова платформа IBM ще більше розширює свої можливості завдяки новим сервісам Qiskit, таким як генеративні можливості AI та програмне забезпечення від партнерів IBM, що дає змогу зростальній мережі експертів із різних галузей створювати алгоритми нового покоління для наукових досліджень.

Сюди входять такі інструменти, як Qiskit Transpiler Service для ефективної оптимізації квантових схем для квантового обладнання за допомогою AI; Qiskit Code Assistant для допомоги розробникам у створенні квантового коду за допомогою генеративних моделей AI на основі IBM Granite; Qiskit Serverless для запуску початкових квантово-орієнтованих суперкомп'ютерних підходів у квантових і класичних системах; і каталог функцій IBM Qiskit Functions Catalog для надання послуг від IBM, Algorithmiq, Qedma, QunaSys, Q-CTRL і Multiverse Computing для таких можливостей, як зниження продуктивності, управління квантовим шумом, а також абстрагування від складнощів квантових схем для спрощення розробки квантових алгоритмів.

«Алгоритм пом'якшення помилок тензорної мережі (TEM) компанії Algorithmiq, доступний через каталог функцій IBM Qiskit, пропонує сучасне пом'якшення помилок для схем у масштабах підприємства, використовуючи кроки до квантово-орієнтованих суперкомп'ютерних підходів, забезпечуючи найшвидший час виконання квантових обчислень, який ми коли-небудь пропонували користувачам», - сказав Маттео Россі (Matteo Rossi), технічний директор Algorithmiq. «Завдяки нещодавнім досягненням у галузі об'єднання квантових комп'ютерів із постобробкою на GPU, ми розширюємо можливості TEM до підтримки схем із 5000 заплутаних квантових затворів, що є важливою віхою для масштабування квантових експериментів та вирішення складних завдань. Це може відкрити двері для квантових симуляцій і обчислень, які раніше були обмежені шумовими обмеженнями».

«Прогрес у галузі квантового обладнання та програмного забезпечення IBM відіграє важливу роль у місії Qedma зі створення сервісів, які дозволять нашим користувачам запускати найдовші та найскладніші квантові схеми», - говорить Доріт Агаронов (Dorit Aharonov), головний науковий співробітник Qedma. «У поєднанні з нашими власними досягненнями в галузі усунення помилок, які ми пропонуємо через сервіс Qedma в каталозі функцій IBM Qiskit, ми з нетерпінням чекаємо на продовження нашої місії, що дозволяє глобальним користувачам створювати алгоритми за допомогою сучасних квантових систем і отримувати все більш точні результати, що представляють наукову цінність».

Концепція квантово-орієнтованих суперкомп'ютерів IBM, що є наступною еволюцією високопродуктивних обчислень, спрямована на інтеграцію передових квантових і класичних комп'ютерів, що виконують розпаралелені робочі навантаження, для легкого поділу складних проблем за допомогою продуктивного програмного забезпечення, що дозволяє кожній архітектурі вирішувати частини алгоритму. Таке програмне забезпечення розробляється таким чином, щоб легко і швидко поєднувати проблеми воєдино, дозволяючи виконувати алгоритми, які є недоступними або складними для кожної обчислювальної парадигми окремо.

RIKEN, національний науково-дослідний інститут у Японії, та Клівлендська клініка, провідний академічний медичний центр та біомедичний дослідницький заклад, що має на своїй території та в масштабі всього підприємства IBM Quantum System One, вивчають алгоритми для розв'язання проблем електронної структури, які є фундаментальними для хімії.

Ці ініціативи являють собою перші кроки на шляху до квантово-орієнтованих суперкомп'ютерних підходів для реалістичного моделювання складних хімічних та біологічних систем – завдання, яке, як історично вважалося, потребує відмовостійких квантових комп'ютерів.

Ранніми прикладами таких робочих процесів є методи, засновані на паралельній класичній обробці окремих зразків на квантових комп'ютерах. Спираючись на попередні методи, такі як метод QSCI компанії QunaSys, дослідники IBM і RIKEN виконали квантову діагоналізацію на основі зразків у квантово-орієнтованих суперкомп'ютерних середовищах, які використовують квантове обладнання для точного моделювання електронної структури сульфідів заліза - сполук, широко представлених в природі.

Тепер ця ж техніка доступна як Qiskit, що розгортається, і Клівлендська клініка вивчає, як її можна використовувати для квантово-орієнтованого моделювання нековалентних взаємодій: зв'язків між молекулами, які важливі для багатьох хімічних, біологічних і фармацевтичних процесів.

"Це дослідження є прикладом того, що робить наше партнерство успішним - об'єднання технологій IBM нового покоління з всесвітньо відомим досвідом Клівлендської клініки в галузі охорони здоров'я та наук про життя", - сказала Лара Джехі (Lara Jehi), доктор медицини, директор з наукової інформації Клівлендської клініки. "Разом ми долаємо традиційні наукові кордони, використовуючи передові технології, такі як Qiskit, щоб просувати дослідження та знаходити нові методи лікування для пацієнтів по всьому світу".

«Разом з нашими партнерами з IBM ми змогли використати їхній передовий алгоритм квантових обчислень електронної структури для вивчення міжмолекулярних взаємодій на IBM Quantum System One у Клівлендській клініці, які важливі для потенційного майбутнього застосування у відкритті та розробці ліків», - зазначив Кенні Мерц (Kennie Merz), доктор наук та квантово-молекулярний спеціаліст Клівлендської клініки.

«Центр обчислювальної науки RIKEN (R-CCS) реалізує проєкт Japan High Performance Computing-Quantum (JHPC-Quantum), метою якого є створення гібридної квантової обчислювальної HPC-платформи шляхом інтеграції нашого суперкомп'ютера Fugaku з локальною IBM Quantum System Two на базі процесора IBM Quantu. В епоху квантової корисності ми всіляко підтримуватимемо мету ініціативи з демонстрації квантово-орієнтованих суперкомп'ютерних підходів, використовуючи нашу платформу як перший крок до цієї нової обчислювальної архітектури», - сказав Міцухіса Сато (Mitsuhisa Sato), директор підрозділу гібридних платформ Quantu науки RIKEN.

Крім того, Ренсселеєрський політехнічний інститут використовує інструменти Qiskit, щоб зробити перші кроки щодо створення першої реалізації квантово-орієнтованих суперобчислень IBM в університетському кампусі. За допомогою програмного забезпечення RPI та IBM мають намір успішно об'єднати робочі навантаження класичного суперкомп'ютера AiMOS та IBM Quantum System One, розташованих у кампусі RPI, в єдине обчислювальне середовище, кероване стандартним менеджером ресурсів високопродуктивних обчислень.

«З моменту представлення IBM Quantum System One у кампусі RPI на початку цього року ми зробили ще один важливий крок уперед, розпочавши роботу зі з'єднання квантової системи та нашого суперкомп'ютера AiMOS», - зазначив Мартін А. Шмідт (Martin A. Schmidt), доктор наук, президент RPI. «Цей момент є свідченням нашого давнього партнерства з IBM, і, як і у випадку з квантовими обчисленнями та суперкомп'ютерами, наші два інститути разом сприятимуть захватним проривам у найближчі роки».

Комп’ютерний розум: генеративний штучний інтелект у рішеннях AWS