Quantum Machines dan NVIDIA jalankan CUDA-Q merentas qubit hidup, GPU dan CPU

Quantum Machines dan NVIDIA menggunakan IEEE Quantum Week di Toronto untuk menunjukkan aplikasi CUDA-Q hujung ke hujung yang berjalan merentas qubit hidup, perkakasan kawalan Quantum Machines, GPU dan CPU melalui NVIDIA NVQLink. Nilai utama demonstrasi ini bukan sekadar satu operasi kuantum terpencil, tetapi pendekatan yang menganggap pemproses kuantum serta timbunan kawalan klasiknya sebagai satu sistem heterogen yang boleh dijadualkan bersama. 1015

Apa yang ditunjukkan

Menurut laporan kedua-dua syarikat, satu program CUDA-Q dijalankan merentas qubit hidup dan Pulse Processing Unit milik Quantum Machines, sambil menggunakan NVQLink untuk menghubungkan persekitaran kawalan kuantum dengan pengkomputeran dipercepat NVIDIA. Quantum Machines menyifatkannya sebagai kali pertama sebuah syarikat kawalan kuantum menjalankan program CUDA-Q hujung ke hujung sebegini merentasi sumber-sumber tersebut. 1015

Namun, dakwaan itu perlu dibaca dengan berhati-hati. Ia ialah pencapaian yang dilaporkan oleh syarikat dan liputan perdagangan, bukannya penanda aras industri yang telah disahkan secara bebas. Begitu juga, dakwaan pertukaran pengukuran dan kawalan lengkap dalam kira-kira satu mikrosaat masih memerlukan pengesahan bebas. 1015

Bagaimana tugas dibahagikan antara qubit, GPU dan CPU

Intinya ialah pelaksanaan yang menyedari jenis sumber dalam satu program hibrid:

• Qubit hidup dan pengawal kuantum melaksanakan operasi kuantum serta kawalan masa nyata.
• GPU mengendalikan tugasan klasik yang berat dan peka terhadap kependaman, misalnya menyahkod data pengukuran untuk pembetulan ralat kuantum.
• CPU mengurus kerja umum di bahagian hos dan penyelarasan sistem.

NVQLink direka sebagai antara muka masa nyata dengan kependaman yang deterministik antara pengawal sistem kuantum dan sumber pengkomputeran berprestasi tinggi. Sambungan ini bertujuan menjadikan beban kerja dalam talian—termasuk pemprosesan pembetulan ralat kuantum—sebahagian daripada gelung operasi, dan bukannya saluran berasingan yang perlu digabungkan secara manual. 115

Mengapa model pengaturcaraan ini penting

Bagi pembangun yang menggunakan Python, C++ atau bahasa QUA daripada Quantum Machines, janji pendekatan ini ialah cara aras lebih tinggi untuk menerangkan beban kerja hibrid. Mereka boleh menyatakan tugasan dalam satu aliran berpusatkan CUDA-Q, yang kemudiannya menghantar kerja kepada sumber kuantum atau klasik yang sesuai.

Ini berbeza daripada keperluan menulis dan menyelaras sendiri urutan kawalan denyut aras rendah, pemindahan data antara pemproses serta laluan maklum balas. 15

Kerumitan perkakasan tidak hilang. Sebaliknya, lebih banyak penyelarasan dipindahkan ke dalam lapisan kawalan, kompilasi dan orkestrasi. Perbezaan ini penting bagi pasukan yang mahu membina aplikasi yang boleh diulang guna, bukan integrasi makmal yang direka khas setiap kali.

Mengapa maklum balas pada skala mikrosaat penting untuk pembetulan ralat

Pembetulan ralat kuantum memerlukan gelung yang ketat: mengukur sindrom ralat, menyahkod ukuran itu secara klasik, kemudian menggunakan atau menjadualkan tindakan pembetulan sebelum keadaan kuantum tidak lagi berguna. Seni bina NVQLink NVIDIA secara jelas menyasarkan penggabungan kawalan kuantum dengan sumber HPC (high-performance computing, pengkomputeran berprestasi tinggi) untuk pembetulan ralat kuantum dalam talian dan beban kerja masa nyata yang berat dari segi pengiraan. 1

Quantum Machines dan NVIDIA melaporkan bahawa demonstrasi mereka menukar data pengukuran dan keputusan kawalan dalam kira-kira satu mikrosaat. Sasaran kependaman ini relevan kerana penyahkodan atau pengoptimuman berasaskan CPU dan GPU mesti disiapkan dalam had masa yang ditetapkan oleh perkakasan serta sistem kawalan kuantum. 101315

Matlamat lebih besar: pemproses kuantum sebagai sumber superkomputer

Demonstrasi ini menyokong hujah seni bina yang lebih luas: pemproses kuantum pada masa depan mungkin berfungsi bukan sebagai instrumen terpencil, tetapi sebagai pemecut khusus dalam superkomputer kuantum-klasik.

Quantum Machines menerangkan hierarki yang menempatkan pengawal kuantum untuk maklum balas pantas, pelayan CPU-GPU berkependaman terkawal bagi tugasan seperti penentukuran, pengoptimuman dan penyahkodan pembetulan ralat, serta sistem HPC yang lebih besar untuk menjadualkan beban kerja aplikasi yang lebih luas. 6 Program IEEE Quantum Week NVIDIA juga membingkaikan pengkomputeran kuantum toleran ralat sebagai cabaran seluruh sistem yang meliputi QPU (quantum processing unit), timbunan perisian, pengkomputeran dipercepat dan operasi masa nyata. 2

Dalam model ini, persoalan utamanya bukan sama ada semua tugasan harus berjalan pada pemproses kuantum. Sebaliknya, setiap tugasan perlu dijalankan pada sumber yang mampu menyiapkannya dalam kependaman yang diperlukan.

Kerja lapisan kawalan di luar demonstrasi

Quantum Machines turut mengaitkan demonstrasi integrasi ini dengan tumpuan lebih meluas terhadap aliran kerja penentukuran dan reka bentuk sistem toleran ralat. Program rasmi IEEE Quantum Week menyenaraikan ucaptama Quantum Machines, “From Pulse to Platform: Control Layer for FTQC”, bersama sesi NVIDIA tentang mereka bentuk superkomputer kuantum dipercepat untuk era toleran ralat. 11

Penekanan itu mencerminkan realiti penting: memperbaik qubit sahaja tidak memadai untuk membina sistem toleran ralat. Lapisan kawalan di sekelilingnya, pemecut klasik, perisian orkestrasi dan laluan maklum balas juga perlu berkembang secara serentak.

Buat masa ini, demonstrasi di Toronto lebih tepat difahami sebagai bukti integrasi. Ia menunjukkan bagaimana aliran kerja berasaskan CUDA-Q boleh menghubungkan perkakasan kuantum hidup dengan CPU dan GPU melalui NVQLink; ia belum membuktikan kewujudan komputer kuantum toleran ralat yang sedia untuk kegunaan pengeluaran. 1015