NVIDIA Tambah CUDA-Q Logical untuk Reka Bentuk Sistem Kuantum Tahan Ralat

NVIDIA telah memperluas platform sumber terbuka CUDA-Q dengan CUDA-Q Logical, lapisan orkestrasi untuk membina aplikasi bagi komputer kuantum tahan ralat. Diumumkan pada IEEE Quantum Week di Toronto, lapisan ini menawarkan pendekatan yang boleh diprogramkan dan disahkan untuk mereka bentuk sistem kuantum pada peringkat logik — bukan sekadar mengoptimumkan satu komponen secara berasingan. 19

Maksudnya, penyelidik boleh menilai algoritma, pembetulan ralat kuantum (quantum error correction, QEC), seni bina perkakasan, kompilasi serta pilihan pemproses kuantum (QPU) sebagai bahagian-bahagian sebuah sistem yang saling mempengaruhi.

Mengapa reka bentuk bersama penting

Komputer kuantum tahan ralat yang berguna memerlukan lebih daripada memilih jenis qubit atau algoritma yang baik. Kod QEC menentukan bilangan qubit fizikal yang diperlukan; sambungan antara qubit mempengaruhi cara operasi dikompil; manakala pilihan kawalan dan penyahkodan boleh mengubah masa pelaksanaan.

CUDA-Q Logical bertujuan menjadikan pertukaran ini lebih mudah diuji sebelum pasukan terikat kepada satu reka bentuk. Ia menyediakan alat bahasa untuk menyatakan dan menggabungkan komponen QEC, di samping menganggarkan sumber yang diperlukan merentasi seni bina sistem yang berbeza. 24

Ini penting kerana qubit logik — qubit yang dibina daripada banyak qubit fizikal dan dilindungi oleh pembetulan ralat — dijangka diperlukan untuk pengiraan kuantum yang panjang serta boleh dipercayai. CUDA-Q pula ialah platform hibrid yang menggabungkan pengaturcaraan QPU, GPU dan CPU dalam satu sistem. 118

Apa yang boleh dibandingkan oleh penyelidik

Dengan CUDA-Q Logical, aliran kerja penyelidikan boleh merangkumi:

• menyatakan algoritma tahan ralat bersama operasi QEC;
• membandingkan kod QEC dan pendekatan kompilasi yang berlainan;
• memodelkan pilihan seni bina perkakasan dan QPU;
• menganggarkan keperluan sumber untuk sasaran qubit logik; dan
• menilai kesan pilihan reka bentuk terhadap prestasi keseluruhan sistem. 124

Platform ini tidak menghapuskan cabaran asas perkakasan kuantum. Sebaliknya, ia menyediakan lapisan perisian bersama untuk menyatakan andaian reka bentuk dengan jelas, menukar konfigurasi dan membandingkan hasilnya secara lebih sistematik.

Contoh hasil dan integrasi yang diumumkan

Keputusan berikut merujuk kepada aliran kerja, model atau integrasi tertentu. Ia bukan ukuran seragam bahawa keupayaan pengkomputeran kuantum tahan ralat telah dicapai secara menyeluruh.

Fermilab: penilaian reka bentuk lebih pantas

Fermilab menggunakan CUDA-Q Logical dalam aliran kerja pembangunan seni bina tahan ralat yang boleh diulang dan disahkan. NVIDIA melaporkan tempoh pembangunan dipendekkan daripada kira-kira lima bulan kepada tiga minggu, bersamaan kira-kira peningkatan kelajuan 7 kali ganda. 1

Iceberg Quantum dan Diraq: model sumber qubit logik

Iceberg Quantum dan Diraq memodelkan seni bina yang disasarkan untuk menghasilkan 1,000 qubit logik daripada kira-kira 150,000 qubit fizikal silikon Diraq. Ini ialah hasil pemodelan seni bina dan aliran kerja pengesahan, bukan dakwaan bahawa 1,000 qubit logik sudah beroperasi pada perkakasan tersebut. 121

Infleqtion: pembetulan ralat qLDPC

Infleqtion mengintegrasikan pustaka sumber terbuka qLDPC dengan CUDA-Q Logical untuk penyelidikan QEC. Syarikat itu melaporkan pembinaan dan pengesahan kod yang menggunakan kira-kira enam qubit data fizikal bagi setiap qubit logik. Menurut Infleqtion, pendekatan itu berpotensi menggunakan sehingga lima kali lebih sedikit qubit data fizikal berbanding pendekatan kod permukaan yang lazim.

Namun, perbandingan tersebut khusus kepada pendekatan dan andaian yang dilaporkan, bukannya angka keperluan qubit yang terpakai untuk semua sistem kuantum tahan ralat. 192031

Qedma: mitigasi ralat untuk aliran kerja Quantinuum

Qedma mengintegrasikan teknologi mitigasi ralat QESEM ke dalam CUDA-Q bagi aliran kerja yang menyasarkan sistem Quantinuum. Mitigasi ralat tidak sama dengan pembetulan ralat tahan ralat, tetapi integrasi ini menunjukkan peranan CUDA-Q sebagai tempat untuk menyambungkan komponen perisian kuantum dengan aliran kerja perkakasan tertentu. 26

Quantum Machines: kawalan kuantum-klasik masa nyata

Quantum Machines mengintegrasikan keupayaan cudaq-realtime NVIDIA dengan Open Acceleration Stack. Menurut NVIDIA, API itu menyokong panggil balik antara GPU dan pengawal kuantum pada kependaman skala mikrosaat, membolehkan kerja yang lebih rapat antara qubit aktif, GPU dan CPU. 30

Sandia: penanda aras kesediaan perkakasan

Sandia National Laboratories menyediakan QUOPS dalam CUDA-Q. NVIDIA menerangkan QUOPS sebagai penanda aras untuk menilai sama ada perkakasan kuantum tahan ralat sudah bersedia bagi aplikasi praktikal, dengan tujuan menyokong penilaian merentas platform dan bukan metrik khusus satu vendor sahaja. 122

Mengapa pelancaran ini penting

Nilai CUDA-Q Logical bukanlah kerana ia menyelesaikan masalah pengkomputeran kuantum tahan ralat. Nilainya terletak pada penyediaan lapisan yang terbuka dan boleh diperluas untuk meneroka ruang reka bentuk yang rumit antara aplikasi dan mesin fizikal.

Soalan utama bagi pasukan yang membangunkan sistem qubit logik bukan semata-mata, “Teknologi qubit yang mana paling baik?” Sebaliknya, mereka perlu menentukan sama ada gabungan lengkap algoritma, kod QEC, pengkompil, seni bina, kawalan dan pecutan pengkomputeran klasik boleh mencapai sasaran sumber serta prestasi yang munasabah. CUDA-Q Logical direka untuk menjadikan perbandingan dan pengesahan itu lebih praktikal. 124

Ketersediaan

CUDA-Q Logical tersedia sebagai sebahagian daripada projek sumber terbuka CUDA-Q di GitHub. NVIDIA turut menyenaraikan arahan pemasangan Python berikut untuk CUDA-Q:

pip install cudaq

Nota keluaran GitHub mengenal pasti CUDA-Q Logical sebagai lapisan logik yang terbuka dan boleh diperluas untuk pengkomputeran kuantum tahan ralat. 182437