NVIDIA Tambahkan CUDA-Q Logical untuk Desain Komputer Kuantum Tahan Kesalahan

NVIDIA memperkenalkan CUDA-Q Logical, lapisan orkestrasi sumber terbuka baru dalam platform CUDA-Q, pada IEEE Quantum Week di Toronto. Tujuannya adalah membuat lapisan logis komputasi kuantum dapat diprogram dan diverifikasi, sehingga peneliti dapat mengevaluasi algoritme, koreksi galat kuantum (quantum error correction/QEC), arsitektur perangkat keras, dan keputusan di tingkat QPU sebagai satu rancangan yang saling terhubung. QPU (quantum processing unit) adalah prosesor kuantum. 19

Mengapa desain tahan kesalahan harus dikerjakan bersama-sama

Komputer kuantum yang benar-benar tahan kesalahan tidak bisa dibangun dengan memilih algoritme, kode koreksi galat, dan teknologi qubit secara terpisah. Setiap pilihan memengaruhi pilihan lain: kode QEC menentukan kebutuhan qubit fisik, konektivitas perangkat keras berpengaruh pada proses kompilasi operasi, sementara pengendalian dan proses dekode dapat mengubah perilaku saat sistem berjalan.

CUDA-Q Logical dirancang untuk menguji kompromi tersebut. Lapisan logisnya menyediakan perangkat bahasa pemrograman untuk mengekspresikan dan menyusun komponen QEC, lalu memahami sumber daya yang dibutuhkan di berbagai arsitektur sistem. Dengan begitu, tim dapat mengganti konfigurasi, membandingkan hasil, dan memvalidasi rancangan lebih awal. 24

Perubahannya adalah pergeseran dari optimasi komponen secara terpisah ke evaluasi sistem tahan kesalahan secara menyeluruh. CUDA-Q sendiri merupakan platform hibrida kuantum-klasik yang menyatukan pemrograman QPU, GPU, dan CPU dalam satu sistem. 18

Apa yang dapat dilakukan CUDA-Q Logical

NVIDIA menggambarkan CUDA-Q Logical sebagai pendekatan yang terbuka, dapat diprogram, dan dapat diverifikasi untuk pengembangan aplikasi tahan kesalahan. Fokusnya ialah qubit logis—qubit yang telah dilindungi koreksi galat dan dibentuk dari banyak qubit fisik—yang diperkirakan diperlukan agar komputasi kuantum yang panjang dapat berjalan andal. 19

Alur kerja peneliti dapat mencakup:

• mengekspresikan algoritme tahan kesalahan beserta operasi QEC-nya;
• mengevaluasi berbagai kode QEC dan pendekatan kompilasi;
• memodelkan opsi perangkat keras serta arsitektur QPU;
• memperkirakan kebutuhan sumber daya untuk target jumlah qubit logis; dan
• membandingkan kompromi kinerja tingkat sistem sebelum memilih implementasi tertentu. 124

Ini bukan berarti tantangan perangkat keras kuantum telah terselesaikan. Nilai utamanya adalah menyediakan lapisan perangkat lunak bersama agar asumsi desain dapat dibuat eksplisit, lalu diuji terhadap alternatif lain.

Hasil dan integrasi yang dilaporkan

Contoh yang diumumkan berasal dari laboratorium dan perusahaan komputasi kuantum. Angka-angka berikut menggambarkan alur kerja, model arsitektur, atau integrasi tertentu; angka tersebut bukan ukuran seragam kemampuan komputasi kuantum tahan kesalahan secara keseluruhan.

Fermilab: evaluasi desain lebih cepat

Fermilab menggunakan CUDA-Q Logical dalam alur pengembangan arsitektur tahan kesalahan yang dapat diulang dan diverifikasi. NVIDIA melaporkan waktu pengembangan turun dari sekitar lima bulan menjadi tiga minggu, atau kira-kira percepatan 7 kali lipat. 1

Iceberg Quantum dan Diraq: pemodelan kebutuhan qubit logis

Iceberg Quantum dan Diraq memodelkan arsitektur yang ditujukan untuk menghasilkan 1.000 qubit logis dari sekitar 150.000 qubit fisik silikon milik Diraq. Ini adalah hasil pemodelan dan validasi arsitektur, bukan klaim bahwa 1.000 qubit logis sudah beroperasi pada perangkat keras tersebut. 121

Infleqtion: koreksi galat qLDPC

Infleqtion mengintegrasikan pustaka qLDPC sumber terbukanya dengan CUDA-Q Logical untuk riset QEC. Perusahaan itu melaporkan berhasil membangun dan memvalidasi sebuah kode dengan sekitar enam qubit data fisik per qubit logis. Menurut Infleqtion, pendekatan tersebut berpotensi memakai hingga lima kali lebih sedikit qubit data fisik dibandingkan pendekatan surface code yang umum digunakan. Perbandingan ini bergantung pada pendekatan dan asumsi yang dilaporkan, sehingga tidak berlaku sebagai kebutuhan universal bagi semua sistem tahan kesalahan. 192031

Qedma: mitigasi galat untuk alur kerja Quantinuum

Qedma mengintegrasikan teknologi mitigasi galat QESEM ke CUDA-Q untuk alur kerja yang menargetkan sistem Quantinuum. Mitigasi galat berbeda dari koreksi galat tahan kesalahan, tetapi integrasi ini menunjukkan peran CUDA-Q sebagai penghubung komponen perangkat lunak kuantum dengan alur kerja perangkat keras tertentu. 26

Quantum Machines: kendali kuantum-klasik waktu nyata

Quantum Machines mengintegrasikan kemampuan cudaq-realtime NVIDIA dengan Open Acceleration Stack miliknya. NVIDIA menyatakan API tersebut mendukung callback berlatensi mikrodetik antara GPU dan pengendali kuantum, sehingga pekerjaan dapat dikaitkan erat di antara qubit aktif, GPU, dan CPU. 30

Sandia: benchmark kesiapan perangkat keras

Sandia National Laboratories menyediakan QUOPS melalui CUDA-Q. NVIDIA menyebut QUOPS sebagai benchmark untuk menilai kesiapan perangkat keras kuantum tahan kesalahan dalam aplikasi praktis. Tujuannya mendukung evaluasi lintas platform, bukan menilai perangkat keras dengan satu metrik khusus vendor. 122

Mengapa rilis ini penting

CUDA-Q Logical tidak menyatakan bahwa komputasi kuantum tahan kesalahan sudah menjadi persoalan yang tuntas. Signifikansinya terletak pada tersedianya lapisan bersama yang dapat diperluas untuk menjelajahi ruang desain rumit antara aplikasi dan mesin fisik.

Bagi tim yang mengejar sistem berbasis qubit logis, pertanyaan kuncinya bukan semata-mata teknologi qubit mana yang terbaik. Yang lebih penting adalah apakah gabungan algoritme, kode QEC, kompilator, arsitektur, tumpukan kendali, dan akselerasi klasik mampu mencapai target sumber daya serta kinerja yang dapat diterima. CUDA-Q Logical ditujukan untuk memudahkan pemodelan, perbandingan, dan verifikasi pertanyaan tersebut. 124

Ketersediaan

CUDA-Q Logical tersedia sebagai bagian dari proyek sumber terbuka CUDA-Q di GitHub. Halaman pengembang NVIDIA juga mencantumkan perintah instalasi Python berikut:

pip install cudaq

Catatan rilis GitHub menyebut CUDA-Q Logical sebagai lapisan logis yang terbuka dan dapat diperluas untuk komputasi kuantum tahan kesalahan. 182437