NVIDIA CUDA-Q apporte l'informatique quantique aux supercalculateurs d'aujourd'hui

O NVIDIA CUDA-Q arrive comme un pont qui unit l’informatique quantique et classique, offrant une synergie entre les deux parties. En intégrant ces domaines, les entreprises et les institutions disposent de diverses possibilités de travail, élargissant les horizons de la recherche et de ses applications. Sa capacité à fournir des performances avancées et sa flexibilité dans le choix Unités de traitement quantique (QPU) en font un excellent outil pour stimuler l’innovation dans les domaines dépendants du calcul haute performance. Mieux comprendre la plateforme et ses applications.

Avantages de CUDA-Q

O NVIDIA CUDA-Q (acronyme de Architecture de périphérique unifiée de calcul pour Quantum, en portugais, Unified Computing Device Architecture for Quantum) offre une série d'avantages à l'intersection entre l'informatique quantique et le supercalcul. Sa caractéristique la plus remarquable est l'intégration étroite entre les deux domaines informatiques. Cette intégration permet aux entreprises et aux institutions de tirer le meilleur parti du potentiel de l'informatique quantique en conjonction avec l'informatique classique, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités de recherche et d'application.

Cette technologie démontre des performances avancées, étant capable de fournir des résultats de haute qualité dans une variété d'applications, de des simulations chimiques aux problèmes d'optimisation. Cette efficacité est très importante pour stimuler l’innovation et le progrès dans des domaines qui dépendent fortement du calcul haute performance.

L'un des points forts de l'informatique quantique avec NVIDIA CUDA-Q est son flexibilité e agnosticisme par rapport au QPU. Cela signifie que les organisations ont la liberté de choisir les unités de traitement quantique qui répondent le mieux à leurs besoins spécifiques, sans se limiter à une seule option matérielle. Cette flexibilité est essentielle dans un domaine aussi dynamique que l’informatique quantique.

De plus, soutenir la communauté des développeurs est un aspect crucial pour un ordinateur quantique doté de NVIDIA CUDA-Q. Comme un plate-forme open source, il encourage la collaboration et le développement de la communauté en permettant aux développeurs d'accéder aux outils et aux ressources nécessaires pour explorer et élargir les horizons de l'informatique quantique aux côtés de l'informatique classique.

Enfin, la plateforme NVIDIA CUDA-Q il permet également des solutions innovantes en permettant la combinaison de l’informatique quantique et de l’intelligence artificielle. Cette intégration ouvre la voie à des approches innovantes capables de relever des défis tels que qubits - utilisé dans les QPU, que nous expliquerons ci-dessous - bruité et développe des algorithmes efficaces. Cette synergie entre différents domaines de l’informatique entraîne des progrès continus à la frontière de la recherche et des applications pratiques de l’informatique quantique.

Notre collaboration avec ORCA et NVIDIA nous a permis de créer un environnement unique et de construire un nouveau système hybride quantique classique au PSNC. L'intégration et la programmation faciles et ouvertes de plusieurs QPU et GPU gérés efficacement par des services centrés sur l'utilisateur sont essentielles pour les développeurs et les utilisateurs. Cette étroite collaboration ouvre la voie à une nouvelle génération de supercalculateurs à accélération quantique pour de nombreux domaines d’application innovants, non pas demain, mais aujourd’hui.

» A déclaré Krzysztof Kurowski, CTO et directeur adjoint de PSNC

Que sont les QPU ?

As QPUOu Unités de traitement quantique, sont des composants essentiels des ordinateurs quantiques. Alors que les processeurs classiques, comme ceux que l'on trouve dans les ordinateurs traditionnels, utilisent les bits Pour traiter les informations, les ordinateurs quantiques utilisent qubits, qui sont des unités d'information quantique.

Um qubit peut exister dans plusieurs états simultanément, grâce à un phénomène quantique appelé superposition. Cela signifie que même si un bit classique peut être dans un état 0 ou 1 à un instant donné, un qubit peut être dans une superposition de ces états, représentant 0, 1 ou n'importe quelle combinaison des deux en même temps. Cela confère aux ordinateurs quantiques une capacité de traitement des informations exponentiellement supérieure à celle des ordinateurs classiques.

Ils sont responsables de la manipulation et du fonctionnement de ces qubits en appliquant des opérations quantiques, telles que des portes et des mesures quantiques, pour effectuer des calculs et traiter les informations de manière quantique. De plus, les QPU doivent être extrêmement précis et stable, car les qubits sont sensibles aux interférences environnementales, telles que le bruit et la température.

Les QPU sont le cœur des ordinateurs quantiques et jouent un rôle fondamental dans l’exécution de tâches et d’algorithmes quantiques. Des entreprises et des instituts de recherche du monde entier, comme NVIDIA elle-même, investissent dans le développement et l'amélioration des QPU pour faire progresser l'informatique quantique et explorer son potentiel dans un large éventail d'applications, depuis les simulations chimiques jusqu'à la cryptographie et l'intelligence artificielle.

Applications et avantages

Les unités de traitement quantique présentent un large éventail d'applications et d'avantages qui promettent de révolutionner l'informatique et la science. Nous pouvons commencer par citer le simulations quantiques, où les QPU sont utilisés pour modéliser des systèmes quantiques complexes, tels que molécules et matériaux. Cela pourrait conduire à des progrès dans la compréhension des processus chimiques et physiques, ainsi qu’à la découverte de nouveaux matériaux dotés de propriétés uniques, notamment des supraconducteurs à haute température.

Une autre application importante est optimisation, dans lequel les QPU ont le potentiel de résoudre des problèmes d'optimisation complexes de manière bien plus performant que les ordinateurs classiques. Cela est pertinent dans de nombreux domaines, de la logistique et de la planification à la finance et à la conception de circuits électroniques.

Dans le contexte de la sécurité de l’information, les QPU ont un double rôle. D’une part, ils peuvent être utilisés pour briser de nombreux systèmes de cryptage actuellement utilisés. D’un autre côté, les QPU peuvent également être utilisés pour développer des méthodes de cryptographie quantique qui sont théoriquement inviolables, offrant un nouveau paradigme de sécurité des données.

La combinaison des QPU avec des algorithmes d'apprentissage automatique quantique a le potentiel de conduire à des avancées dans le domaine de intelligence artificielle, en particulier dans les problèmes impliquant de grands volumes de données et une complexité informatique – c’est un aspect très actuel.

Dans des domaines tels que la médecine et la biologie, les QPU peuvent être utilisés pour simuler et comprendre des processus biologiques complexes, comme le repliement des protéines et l'interaction des médicaments avec les récepteurs cellulaires. Ces simulations peuvent contribuer au développement de médicaments plus efficaces et de traitements personnalisés. Et également dans le secteur financier, où les QPU peuvent être appliqués pour optimiser les portefeuilles d’investissement, modéliser des risques financiers complexes et identifier des modèles dans de vastes ensembles de données de marché.

Les supercalculateurs en ont bénéficié

Les supercalculateurs bénéficiant de l'intégration de la plateforme NVIDIA CUDA-Q sont situés dans les principaux centres de recherche du monde entier. Ô Centre de calcul intensif de Juliers (JSC) en Allemagne exploite le supercalculateur JUPITER, qui sera désormais complété par une unité de traitement quantique (QPU) fournie par IQM Quantum Computers. Ce QPU sera piloté par la superpuce NVIDIA GH200 Grace Hopper. Ce partenariat permettra aux chercheurs de JSC de développer et d'exécuter des applications quantiques, notamment dans les simulations chimiques et les problèmes d'optimisation, tout en servant également d'exemple de la manière dont les supercalculateurs classiques peuvent être accélérés par l'informatique quantique.

Au Japon, le Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) fait progresser son initiative d'informatique quantique avec un supercalculateur ABCI-Q. Intégrant un QPU fourni par QuEra et alimenté par l'architecture NVIDIA Hopper, ce système ouvrira de nouvelles opportunités de recherche. Les chercheurs de l'AIST pourront explorer les applications quantiques dans les domaines de l'intelligence artificielle, de l'énergie et de la biologie, en utilisant des atomes de rubidium comme qubits contrôlés par laser pour effectuer des calculs complexes.

Por fim, ou Centre de calcul intensif et de réseautage de Poznan (PSNC) en Pologne adopte une approche innovante avec deux QPU photoniques de Informatique ORCA, connecté à une nouvelle partition de supercalculateur accélérée par la plateforme CUDA-Q. Cette configuration permettra aux chercheurs d’explorer un large éventail d’applications, de la biologie et de la chimie à l’apprentissage automatique. Utilisant des systèmes de photonique quantique, ces QPU offrent une approche distribuée, évolutive et modulaire de l'informatique quantique utilisant des composants de télécommunications standard.

Ces supercalculateurs représentent des avancées significatives dans l’intégration des technologies quantiques et classiques, repoussant les frontières de la recherche en calcul haute performance. Ces superordinateurs utilisent encore des superpuces NVIDIA Grace Hopper pour accélérer la recherche scientifique. Ensemble, ces systèmes fournissent 200 exaflops, soit 200 quintillions de calculs par seconde, de puissance de traitement d'IA économe en énergie.

L’IA accélère la recherche sur le changement climatique, accélère la découverte de médicaments et conduit à des progrès dans des dizaines d’autres domaines. Les systèmes alimentés par NVIDIA Grace Hopper deviennent un élément essentiel du HPC en raison de leur capacité à transformer les industries tout en améliorant l'efficacité énergétique.

Ian Buck, vice-président d'Hypercale et HPC chez NVIDIA

O Isambard-AI e Isambard 3 de l'Université de Bristol au Royaume-Uni, ainsi que des systèmes aux États-Unis tels que ceux du Los Alamos National Laboratory et du Texas Advanced Computing Center, se joignent à une tendance croissante des supercalculateurs basés sur Arm de NVIDIA, tirant parti de Superpuces CPU Grace et plate-forme Grace Hopper. Ce mouvement reflète l’accélération mondiale de la construction de superordinateurs basés sur l’IA, motivée par la reconnaissance de l’importance stratégique et culturelle d’une IA supérieure – également connue sous le nom d’IA souveraine.

En intégrant des architectures GPU et CPU basées sur Bras avec technologie d'interconnexion NVIDIA NVLink-C2CQu'il s'agisse d'un vin rare et exotique ou du même vin dans différents millésimes, quel que soit votre choix au GH200 est à la tête de ce changement, permettant aux centres scientifiques de passer de l'installation du système à la recherche pratique dans un court laps de temps (selon la marque, allant de plusieurs années à plusieurs mois). Le projet Isambard-AI illustre cette avancée, la phase initiale ayant déjà démontré une grande efficacité, et l'arrivée de davantage de superpuces Grace Hopper devrait conduire à une augmentation significative des performances des supercalculateurs.

Conclusion

L'introduction de NVIDIA CUDA-Q marque un moment important dans la convergence entre l’informatique quantique et classique, offrant une plateforme flexible et puissante qui stimule l’innovation dans un large éventail de domaines. En intégrant étroitement ces deux domaines, les entreprises et les institutions ont désormais accès à un nouvel ensemble de possibilités de recherche et d'application, élargissant ainsi les horizons du calcul haute performance.

Avec sa capacité à offrir des performances avancées, son agnosticisme QPU et sa prise en charge de la communauté des développeurs, CUDA-Q apparaît comme un outil essentiel catalyser les progrès de l’informatique quantique et de l’intelligence artificielle, alimentant ainsi une nouvelle ère d’innovation technologique. Suivons pour voir ce que l'outil nous apportera d'autre !

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Avec des informations de : Nvidia [1] e [2]

Revu par Glaucon Vital le 13/5/24.