NVIDIA הכריזה בכנס IEEE Quantum Week בטורונטו על CUDA-Q Logical — שכבת תזמור חדשה בקוד פתוח עבור מחשוב קוונטי עמיד לשגיאות. השכבה מרחיבה את פלטפורמת CUDA-Q ומיועדת להפוך את הערימה הלוגית של מחשב קוונטי לניתנת לתכנות ולאימות: חוקרים יכולים לבחון אלגוריתמים, תיקון שגיאות קוונטי, ארכיטקטורת חומרה ובחירות ברמת המעבד הקוונטי כמערכת אחת מחוברת.
1
9
מדוע נדרש תכנון משותף
מחשב קוונטי עמיד לשגיאות אינו נבנה באמצעות בחירה נפרדת של אלגוריתם, קוד תיקון שגיאות וטכנולוגיית קיוביטים. לכל החלטה יש השפעה על האחרות: קוד תיקון השגיאות משנה את מספר הקיוביטים הפיזיים הנדרש; קישוריות החומרה משפיעה על אופן הידור הפעולות; ומנגנוני הבקרה והפענוח עשויים להשפיע על זמן הריצה.
CUDA-Q Logical נועדה להפוך את הפשרות האלה למדידות ולבדיקות. היא מספקת כלי שפה לביטוי ולהרכבה של רכיבי תיקון שגיאות קוונטי (QEC), וכן להערכת המשאבים שיידרשו להפעלתם בארכיטקטורות מערכת שונות. כך אפשר להחליף תצורות, להשוות תוצאות ולאמת תכנון כבר בשלבים מוקדמים יותר.
24
CUDA-Q עצמה היא פלטפורמה היברידית המשלבת ומאפשרת לתכנת יחד מעבדים קוונטיים (QPU), מעבדים גרפיים (GPU) ומעבדים מרכזיים (CPU).
18
מה אפשר לבחון באמצעות השכבה החדשה
לפי NVIDIA, CUDA-Q Logical מספקת גישה פתוחה, ניתנת לתכנות ולאימות לפיתוח יישומים עמידים לשגיאות. מוקד העבודה הוא קיוביטים לוגיים — קיוביטים מתוקני-שגיאות הנבנים ממספר רב של קיוביטים פיזיים, ונחשבים חיוניים להרצת חישובים קוונטיים ארוכים ואמינים.
1
9
במסגרת העבודה אפשר, בין היתר:
- לנסח אלגוריתם עמיד לשגיאות ואת פעולות ה-QEC שלו;
- להשוות קודי QEC ושיטות הידור שונות;
- למדל אפשרויות שונות של חומרה וארכיטקטורת QPU;
- להעריך את המשאבים הדרושים ליעד של קיוביטים לוגיים;
- לבחון פשרות בין ביצועים למשאבים ברמת המערכת, לפני בחירה במימוש מסוים.
1
24
אין כאן פתרון קסם לאתגר החומרה. הערך הוא ביצירת שכבת תוכנה משותפת, שבה ניתן להגדיר במפורש את הנחות התכנון ולבדוק אותן מול חלופות.
תוצאות ואינטגרציות שדווחו
התוצאות שהוצגו מתייחסות למודלים, תהליכי עבודה או אינטגרציות מסוימים. הן אינן מדד אחיד ליכולת של מחשוב קוונטי עמיד לשגיאות בכלל.
פרמילאב: קיצור משמעותי של זמן ההערכה
בפרמילאב השתמשו ב-CUDA-Q Logical בתהליך חוזר וניתן לאימות לפיתוח ארכיטקטורה עמידה לשגיאות. לפי NVIDIA, זמן הפיתוח התקצר מכחמישה חודשים לשלושה שבועות — האצה של פי 7 בקירוב.
1
Iceberg Quantum ו-Diraq: מודל ל-1,000 קיוביטים לוגיים
Iceberg Quantum ו-Diraq מידלו ארכיטקטורה שנועדה להפיק 1,000 קיוביטים לוגיים מכ-150,000 קיוביטים פיזיים מסיליקון של Diraq. חשוב להבחין: מדובר במודל ארכיטקטוני ובתהליך אימות, ולא בטענה שכבר פועלים כיום 1,000 קיוביטים לוגיים על חומרה זו.
1
21
Infleqtion: תיקון שגיאות מסוג qLDPC
Infleqtion שילבה את ספריית ה-qLDPC שלה בקוד פתוח עם CUDA-Q Logical למחקר תיקון שגיאות. החברה דיווחה על בנייה ואימות של קוד המשתמש בכשישה קיוביטי נתונים פיזיים לכל קיוביט לוגי, וטענה כי בגישה זו עשויים להידרש עד פי חמישה פחות קיוביטי נתונים פיזיים בהשוואה לגישות מקובלות המבוססות על surface code. ההשוואה תלויה בגישה ובהנחות שדווחו, ואינה כלל אצבע לכל מערכת עמידה לשגיאות.
19
20
31
Qedma: הפחתת שגיאות בתהליכי עבודה של Quantinuum
Qedma שילבה את טכנולוגיית הפחתת השגיאות QESEM שלה ב-CUDA-Q, עבור תהליכי עבודה המכוונים למערכות Quantinuum. הפחתת שגיאות ותיקון שגיאות עמיד לתקלות הם כלים שונים, אך האינטגרציה מדגימה את תפקיד CUDA-Q כמקום לחיבור רכיבי תוכנה קוונטיים לתהליכי עבודה של חומרה מסוימת.
26
Quantum Machines: בקרה קוונטית-קלאסית בזמן אמת
Quantum Machines שילבה את יכולת cudaq-realtime של NVIDIA עם Open Acceleration Stack שלה. לפי NVIDIA, ממשק התכנות מאפשר קריאות חוזרות בהשהיה של מיקרו-שניות בין GPUs לבקרי קוונטים, לצורך עבודה הדוקה בין קיוביטים פעילים, GPUs ו-CPUs.
30
Sandia: מדד מוכנות לחומרה
המעבדות הלאומיות סנדיה הפכו את QUOPS לזמין ב-CUDA-Q. NVIDIA מתארת את QUOPS כמדד לבחינת מוכנותה של חומרה קוונטית עמידה לשגיאות ליישומים מעשיים. מטרתו לתמוך בהערכה בין פלטפורמות, ולא לשפוט חומרה לפי מדד של ספק יחיד.
1
22
למה ההכרזה חשובה
CUDA-Q Logical אינה מצהירה שהמחשוב הקוונטי העמיד לשגיאות כבר נפתר. חשיבותה היא בשכבה משותפת וניתנת להרחבה, שמאפשרת לחקור את מרחב התכנון המורכב שבין יישום לבין מכונה פיזית.
עבור צוותים שמפתחים מערכות מבוססות קיוביטים לוגיים, השאלה אינה רק איזו טכנולוגיית קיוביטים עדיפה. השאלה היא אם השילוב המלא של אלגוריתם, קוד QEC, מהדר, ארכיטקטורה, שכבת בקרה והאצה קלאסית מסוגל לעמוד ביעדי משאבים וביצועים. CUDA-Q Logical מכוונת להקל על מידול, השוואה ואימות של השילוב הזה.
1
24
זמינות והתקנה
CUDA-Q Logical זמינה כחלק מפרויקט CUDA-Q בקוד פתוח ב-GitHub. דף המפתחים של NVIDIA מציג גם את פקודת ההתקנה של CUDA-Q עבור Python:
pip install cudaq
הערות המהדורה ב-GitHub מתארות את CUDA-Q Logical כשכבה לוגית פתוחה וניתנת להרחבה עבור מחשוב קוונטי עמיד לשגיאות.
18
24
37