NVIDIAn sijoitusosasto NVentures panostaa kvanttilaskennan startup Alice & Bobiin – tavoitteena hybridi kvantti-GPU-superlaskenta

Rahoituksella vauhtia vikasietoiseen kvanttitekniikkaan

Alice & Bob on erikoistunut erityiseen kvanttibittityyppiin, jota kutsutaan cat-qubitiksi. Se on suunniteltu vähentämään tiettyjä virhetyyppejä, jotka ovat yleisiä kvanttijärjestelmissä. Vähentämällä virheitä laitteistotasolla cat-qubitit pyrkivät pienentämään kvanttivirheiden korjauksesta aiheutuvaa lisäkuormaa – tämä on yksi suurimmista esteistä hyödyllisten kvanttitietokoneiden rakentamiselle.

Laajennettu Series B -rahoitus auttaa yhtiötä nopeuttamaan tutkimus- ja kehitystyötä ja jatkamaan suurten kvanttikoneiden rakentamista tämän arkkitehtuurin pohjalta.

Vaikka NVenturesin yksittäisen sijoituksen suuruutta ei ole julkistettu, se kertoo NVIDIAn kasvavasta kiinnostuksesta kvanttilaskennan ekosysteemiin ja strategiasta tukea laitteistovalmistajia, jotka voivat integroitua sen kiihdytettyyn laskentapinoon.

Miksi kvanttitietokoneet tarvitsevat GPU:ita

Nykyaikaiset kvanttijärjestelmät eivät toimi erillään. Ne tarvitsevat laajaa klassista laskentainfrastruktuuria kvanttipiirien kokoamiseen, algoritmien simulointiin, mittaustulosten käsittelyyn ja virheenkorjausrutiinien suorittamiseen.

NVIDIAn strategiana on yhdistää kvanttiprosessorit (QPU) AI-luokan supertietokoneisiin, jotka on rakennettu GPU:iden varaan. NVIDIAn mukaan hyödyllinen kvanttilaskenta syntyy todennäköisesti hybridijärjestelmistä, joissa QPU:t ja klassiset kiihdytetyt laskentaresurssit on kytketty tiiviisti yhteen.

Tämä hybridimalli mahdollistaa GPU:ille seuraavat tehtävät:

• Kvanttialgoritmien simulointi ja validointi ennen niiden suorittamista oikealla laitteistolla
• Piirien optimointi ja kvanttiohjelmien kokoaminen
• Reaaliaikainen ohjaus ja dekoodaus kvanttilaskennan aikana

Alice & Bobin kanssa tehtävä yhteistyö on suunniteltu juuri tällaisen arkkitehtuurin rakentamiseen.

CUDA‑Q: Ohjelmistokerros hybridi kvanttiohjelmille

Yhteistyön keskeinen osa on NVIDIA CUDA‑Q, avoimen lähdekoodin kvanttikehitysalusta, joka on suunniteltu hybridi kvantti-klassisille työkuormille.

CUDA‑Q antaa kehittäjille mahdollisuuden kirjoittaa ohjelmia, jotka toimivat samanaikaisesti CPU:illa, GPU:illa ja QPU:illa yhtenäisen ohjelmointimallin avulla. Alusta on myös QPU-agnostinen, eli se voidaan integroida useisiin kvanttitekniikoihin, mukaan lukien Alice & Bobin cat-qubit-prosessorit.

Tämä ohjelmistokerros antaa tutkijoille ja laskentakeskuksille mahdollisuuden kokeilla laajamittaisia kvanttityönkulkuja, vaikka todellista kvanttilaitteistoa olisi vielä rajoitetusti saatavilla.

cuQuantum ja GPU-kiihdytetty kvanttisimulointi

Ennen kuin algoritmeja ajetaan oikealla kvanttilaitteistolla, ne on usein simuloitava suuressa mittakaavassa. NVIDIAn cuQuantum-ohjelmistokehityspaketti nopeuttaa näitä simulaatioita GPU:illa, jolloin tutkijat voivat tutkia kvanttipiirejä suorituskyvyllä, joka ylittää nykyisten kvanttiprosessorien mahdollisuudet.

Tämä ominaisuus on erityisen arvokas kvanttilaitteiston varhaisessa kehitysvaiheessa, jolloin simulointi auttaa validoimaan arkkitehtuureja, algoritmeja ja ohjausjärjestelmiä.

Dynamiqs: Cat-qubit-fysiikan simulointi GPU:illa

Alice & Bobin avoimen lähdekoodin Dynamiqs-kirjasto keskittyy kvanttijärjestelmien fysiikan ja ohjausdynamiikan simulointiin. Yhtiö on integroinut CUDA‑Q:n Dynamiqsiin, mikä mahdollistaa GPU-kiihdytyksen suurten cat-qubit-järjestelmien simulaatioissa.

Varhaiset vertailutulokset osoittavat, että integraatio voi parantaa simulaation tehokkuutta jopa 75-kertaiseksi, mikä helpottaa tutkijoiden työtä kvanttilaitteiden mallintamisessa ennen todellisen laitteiston käyttöönottoa.

Nämä simulaatiot auttavat hienosäätämään ohjausprotokollia, optimoimaan virheenkorjaustekniikoita ja ohjaamaan laitteistosuunnittelua.

NVQLink: GPU:iden ja kvanttiprosessorien yhdistäminen

Järjestelmäarkkitehtuurin tasolla Alice & Bob ja NVIDIA tekevät yhteistyötä NVQLinkin parissa, joka on avoin alusta GPU:iden suoraan yhdistämiseksi kvanttiprosessoreihin.

NVQLink kytkee tavanomaisen supertietokoneisännän ja kvanttijärjestelmäohjaimen tiiviisti yhteen, jolloin GPU:t voivat osallistua kvanttityökuormiin reaaliajassa.

Käytännössä tämä mahdollistaa GPU:ille seuraavat tehtävät:

• Piirien kokoaminen
• Reaaliaikainen dekoodaus kvanttivirheiden korjausta varten
• Kubittien dynaaminen kalibrointi
• Palauteohjaus kvanttilaskennan aikana

Pieniviiveinen tiedonsiirto kvanttiprosessorin ja GPU-infrastruktuurin välillä on kriittistä vikasietoiselle kvanttilaskennalle, jossa ohjausjärjestelmien on reagoitava nopeasti mittaustuloksiin.

Kohti hybridi kvantti-klassisia superlaskentajärjestelmiä

NVIDIA–Alice & Bob -kumppanuuden laajempana tavoitteena ei ole itsenäinen kvanttikone, vaan hybridi kvantti-klassinen superlaskenta-alusta, joka soveltuu suurteholaskentakeskuksiin.

Tällaisissa järjestelmissä:

• Kvanttiprosessorit suorittavat erikoistuneita kvanttilaskutoimituksia.
• GPU:t hoitavat simulointia, orkestrointia ja reaaliaikaisia ohjaustehtäviä.
• Hybridit ohjelmistoalustat, kuten CUDA‑Q, koordinoivat työnkulkuja kaikkien laskentaresurssien välillä.

Yhdistämällä cat-qubit-prosessorit NVIDIAn kiihdytettyyn laskentaekosysteemiin yhtiöt pyrkivät tekemään kvanttilaitteistosta helpommin käyttöönotettavaa samassa infrastruktuurissa, jota nykyaikainen tekoäly ja suurteholaskenta käyttävät.

Jos onnistuu, tämä lähestymistapa voi siirtää kvanttilaskentaa eristetyistä laboratoriolaitteista kohti käytännöllisiä hybridi superlaskentajärjestelmiä, jotka pystyvät ratkaisemaan todellisia ongelmia.