NVIDIA e Alice & Bob uniscono le forze per costruire supercomputer ibridi quantistici-GPU

Finanziamenti per l'hardware quantistico tollerante ai guasti

Alice & Bob si concentra su un tipo specializzato di bit quantistico chiamato cat qubit, progettato per sopprimere alcuni tipi di errori che comunemente affliggono i sistemi quantistici. Riducendo i tassi di errore a livello hardware, i cat qubit mirano ad abbassare il sovraccarico necessario per la correzione degli errori quantistici, uno dei maggiori ostacoli alla costruzione di computer quantistici utili.

Il finanziamento Series B ampliato aiuterà l'azienda ad accelerare la ricerca e lo sviluppo e a continuare a costruire macchine quantistiche su larga scala basate su questa architettura.

Sebbene le dimensioni dell'investimento individuale di NVentures non siano state divulgate, il finanziamento riflette il crescente interesse di NVIDIA per l'ecosistema del calcolo quantistico e la sua strategia di supportare i costruttori di hardware che possono integrarsi con il suo stack di calcolo accelerato.

Perché i computer quantistici hanno bisogno delle GPU

I sistemi quantistici moderni non possono operare in isolamento. Richiedono una vasta infrastruttura di calcolo classica per compilare circuiti quantistici, simulare algoritmi, elaborare risultati di misurazione ed eseguire routine di correzione degli errori.

La strategia di NVIDIA è quella di connettere unità di elaborazione quantistica (QPU) con supercomputer di classe AI basati su GPU. Secondo NVIDIA, il calcolo quantistico utile emergerà probabilmente da sistemi ibridi che integrano strettamente le QPU con risorse di calcolo accelerate classiche.

Questo modello ibrido consente alle GPU di:

• Simulare e convalidare algoritmi quantistici prima di eseguirli su hardware reale
• Ottimizzare circuiti e compilare programmi quantistici
• Eseguire attività di controllo in tempo reale e decodifica durante i calcoli quantistici

La collaborazione con Alice & Bob è progettata per costruire esattamente questo tipo di architettura.

CUDA-Q: il livello software per programmi quantistici ibridi

Un componente chiave della partnership è NVIDIA CUDA-Q, una piattaforma di sviluppo quantistico open-source progettata per carichi di lavoro ibridi quantistico-classici.

CUDA-Q consente agli sviluppatori di scrivere programmi che vengono eseguiti contemporaneamente su CPU, GPU e QPU utilizzando un modello di programmazione unificato. La piattaforma è anche QPU-agnostica, il che significa che può integrarsi con molteplici tecnologie hardware quantistiche, inclusi i processori cat qubit di Alice & Bob.

Questo livello software consente a ricercatori e centri HPC di sperimentare con flussi di lavoro quantistici su larga scala, anche quando l'hardware quantistico reale rimane limitato.

cuQuantum e simulazione quantistica accelerata su GPU

Prima che gli algoritmi vengano eseguiti su hardware quantistico reale, spesso devono essere simulati su larga scala. Il kit di sviluppo software cuQuantum di NVIDIA accelera queste simulazioni sulle GPU, consentendo ai ricercatori di studiare circuiti quantistici con prestazioni superiori a quelle che i processori quantistici attuali possono raggiungere da soli.

Questa capacità è particolarmente preziosa durante le prime fasi dello sviluppo dell'hardware quantistico, quando la simulazione aiuta a convalidare architetture, algoritmi e sistemi di controllo.

Dynamiqs: simulare la fisica dei cat qubit sulle GPU

La libreria open-source Dynamiqs di Alice & Bob si concentra sulla simulazione della fisica e delle dinamiche di controllo dei sistemi quantistici. L'azienda ha integrato CUDA-Q in Dynamiqs, consentendo l'accelerazione GPU per simulazioni su larga scala di sistemi cat qubit.

I primi benchmark indicano che l'integrazione può migliorare l'efficienza della simulazione fino a 75×, rendendo più facile per i ricercatori modellare i dispositivi quantistici prima di distribuire hardware reale.

Queste simulazioni aiutano a perfezionare i protocolli di controllo, ottimizzare le tecniche di correzione degli errori e guidare la progettazione hardware.

NVQLink: connettere GPU e processori quantistici

A livello di architettura di sistema, Alice & Bob e NVIDIA stanno collaborando su NVQLink, una piattaforma aperta progettata per connettere direttamente le GPU con i processori quantistici.

NVQLink accoppia strettamente un host di supercalcolo convenzionale con un controllore del sistema quantistico, consentendo alle GPU di partecipare ai carichi di lavoro quantistici in tempo reale.

In termini pratici, ciò consente alle GPU di gestire attività come:

• Compilazione di circuiti
• Decodifica in tempo reale per la correzione degli errori quantistici
• Calibrazione dinamica dei qubit
• Controllo di feedback durante i calcoli quantistici

La comunicazione a bassa latenza tra il processore quantistico e l'infrastruttura GPU è fondamentale per il calcolo quantistico tollerante ai guasti, dove i sistemi di controllo devono reagire rapidamente ai risultati delle misurazioni.

Verso supercomputer ibridi quantistico-classici

L'obiettivo più ampio della partnership NVIDIA-Alice & Bob non è una macchina quantistica autonoma, ma piattaforme di supercalcolo ibride quantistico-classiche adatte per centri di calcolo ad alte prestazioni (HPC).

In tali sistemi:

• I processori quantistici eseguono operazioni quantistiche specializzate.
• Le GPU gestiscono simulazione, orchestrazione e attività di controllo in tempo reale.
• Piattaforme software ibride come CUDA-Q coordinano i flussi di lavoro su tutte le risorse di calcolo.

Integrando i processori cat qubit con l'ecosistema di calcolo accelerato di NVIDIA, le aziende mirano a rendere l'hardware quantistico più facile da distribuire all'interno della stessa infrastruttura utilizzata dalla moderna AI e dai sistemi HPC.

Se avrà successo, questo approccio potrebbe aiutare a spostare il calcolo quantistico da dispositivi di laboratorio isolati verso supercomputer ibridi pratici in grado di risolvere problemi reali.