À medida que os computadores quânticos continuam a se desenvolver, eles se integrarão a supercomputadores de IA para formar supercomputadores quânticos acelerados capazes de resolver alguns dos problemas mais difíceis do mundo.
A integração de unidades de processamento quântico (QPUs) em supercomputadores de IA é fundamental para o desenvolvimento de novas aplicações, ajudando a desbloquear avanços críticos para executar o futuro hardware quântico e permitindo desenvolvimentos em correção de erros quânticos e controle de dispositivos.
O NVIDIA Accelerated Quantum Research Center, ou NVAQC, anunciado hoje na conferência global de IA NVIDIA GTC, é onde esses desenvolvimentos acontecerão. Com um sistema NVIDIA GB200 NVL72 e a plataforma de rede NVIDIA Quantum-2 InfiniBand, a instalação abrigará um supercomputador com 576 GPUs NVIDIA Blackwell dedicadas à pesquisa de computação quântica.
“O NVAQC baseia-se em ferramentas muito necessárias e há muito procuradas para dimensionar a computação quântica para dispositivos de próxima geração”, disse Tim Costa, diretor sênior de engenharia assistida por computador, quântica e CUDA-X da NVIDIA. “O centro será um local para simulações em larga escala de algoritmos e hardware quânticos, forte integração de processadores quânticos e treinamento e implantação de modelos de IA para computação quântica.”
Inovadores em computação quântica como Quantinuum, QuEra e Quantum Machines, juntamente com parceiros acadêmicos da Harvard Quantum Initiative e do grupo Engineering Quantum Systems do MIT Center for Quantum Engineering, trabalharão em projetos com a NVIDIA no centro para explorar como a supercomputação de IA pode acelerar o caminho para a computação quântica.
“O NVAQC é uma ferramenta poderosa que será fundamental para inaugurar a próxima geração de pesquisas em todo o ecossistema quântico”, disse William Oliver, professor de engenharia elétrica e ciência da computação e de física, líder do grupo EQuS e diretor do Centro de Engenharia Quântica do MIT. “A NVIDIA é uma parceira crítica para realizar computação quântica útil.”
Existem vários desafios importantes de computação quântica em que o NVAQC já está definido para ter um impacto significativo.
Protegendo Qubits com Supercomputação de IA
As interações de qubit são uma faca de dois gumes. Embora os qubits devam interagir com seus arredores para serem controlados e medidos, essas mesmas interações também são uma fonte de ruído: distúrbios indesejados que afetam a precisão dos cálculos quânticos. Os algoritmos quânticos só podem funcionar se o ruído resultante for mantido sob controle.
A correção de erros quânticos fornece uma solução, codificando qubits lógicos e silenciosos em muitos qubits físicos barulhentos. Ao processar as saídas de medições repetidas nesses qubits barulhentos, é possível identificar, rastrear e corrigir erros de qubit, tudo sem destruir as delicadas informações quânticas necessárias para uma computação.
O processo de descobrir onde ocorreram erros e quais correções aplicar é chamado de decodificação. A decodificação é uma tarefa extremamente difícil que deve ser executada por um computador convencional dentro de um período de tempo estreito para evitar que o ruído fique fora de controle.
Um dos principais objetivos do NVAQC será explorar como a supercomputação de IA pode acelerar a decodificação. Estudar como colocar hardware quântico dentro do centro permitirá o desenvolvimento de decodificadores de baixa latência, paralelizados e aprimorados por IA, rodando em superchips NVIDIA GB200 Grace Blackwell.
O NVAQC também enfrentará outros desafios na correção de erros quânticos. A QuEra trabalhará com a NVIDIA para acelerar sua busca por novos códigos de correção de erros quânticos aprimorados, avaliando o desempenho de códigos candidatos por meio de simulações exigentes de circuitos quânticos complexos.
“O NVAQC será uma ferramenta essencial para descobrir, testar e refinar novos códigos e decodificadores de correção de erros quânticos capazes de aproximar toda a indústria da computação quântica útil”, disse Mikhail Lukin, professor da Universidade Joshua e Beth Friedman em Harvard e codiretor da Harvard Quantum Initiative.
Desenvolvendo Aplicações para Supercomputadores Quânticos Acelerados
A maioria dos algoritmos quânticos úteis se baseia igualmente em recursos de computação clássica e quântica, exigindo um supercomputador quântico acelerado que unifique os dois tipos de hardware.
Por exemplo, a saída de supercomputadores clássicos é frequentemente necessária para preparar cálculos quânticos. O NVAQC fornece a infraestrutura de computação heterogênea necessária para pesquisas sobre o desenvolvimento e aprimoramento de tais algoritmos híbridos.
Novas técnicas de compilação baseadas em IA também serão exploradas no NVAQC, com o potencial de acelerar o tempo de execução de todos os algoritmos quânticos, inclusive por meio do trabalho com o Quantinuum. A Quantinuum se baseará em seu trabalho de integração anterior com a NVIDIA, oferecendo seu hardware e emuladores por meio da plataforma NVIDIA CUDA-Q. Atualmente, os usuários do CUDA-Q têm acesso irrestrito ao hardware e emulador QNTM H1-1 da Quantinuum por 90 dias.
“Estamos entusiasmados em aprofundar nosso trabalho com a NVIDIA por meio deste centro”, disse Rajeeb Hazra, presidente e CEO da Quantinuum. “Ao combinar os poderosos sistemas quânticos da Quantinuum com a computação acelerada de ponta da NVIDIA, estamos ultrapassando os limites da computação quântica-clássica híbrida e desbloqueando novas possibilidades empolgantes.”
Integração QPU
A integração de hardware quântico com supercomputação de IA é um dos principais obstáculos restantes no caminho para a execução de hardware quântico útil.
Os requisitos de tal integração podem ser extremamente exigentes. A decodificação exigida pela correção de erros quânticos só pode funcionar se os dados de milhões de qubits puderem ser enviados entre hardware quântico e clássico em latências ultrabaixas.
A Quantum Machines trabalhará com a NVIDIA no NVAQC para desenvolver e aprimorar novas tecnologias de controlador que suportam interfaces rápidas e de alta largura de banda entre processadores quânticos e superchips GB200.
“Estamos entusiasmados em ver o crescente compromisso da NVIDIA em acelerar a realização de computadores quânticos úteis, fornecendo aos pesquisadores a infraestrutura mais avançada para ultrapassar os limites da computação quântica clássica”, disse Itamar Sivan, CEO da Quantum Machines.
A chave para integrar o hardware quântico e clássico é uma plataforma que permite que pesquisadores e desenvolvedores mudem rapidamente o contexto entre esses dois paradigmas de computação díspares em uma única aplicação. A plataforma NVIDIA CUDA-Q será o ponto de entrada para os pesquisadores aproveitarem a integração quântica-clássica do NVAQC.
Com base em ferramentas como NVIDIA DGX Quantum, uma arquitetura de referência para integração de hardware quântico e clássico, e CUDA-Q, o NVAQC está definido para ser um epicentro para desenvolvimentos de próxima geração em computação quântica, semeando a evolução de qubits em computadores quânticos impactantes.
Saiba mais sobre a computação quântica da NVIDIA.