Quantum Machines і NVIDIA продемонстрували CUDA-Q на реальних кубітах, GPU та CPU

Quantum Machines і NVIDIA на IEEE Quantum Week у Торонто продемонстрували наскрізну програму CUDA-Q, що працювала одночасно з реальними кубітами, апаратурою керування Quantum Machines, GPU та CPU через NVIDIA NVQLink. Суть події — не в окремій квантовій операції, а в тому, що квантовий процесор і класична інфраструктура керування можуть діяти як єдина гетерогенна система, де завдання плануються та виконуються на відповідних обчислювальних ресурсах. 1015

Що саме показали

За повідомленнями компаній, одна програма CUDA-Q виконувалася на реальних кубітах і Pulse Processing Unit від Quantum Machines, а NVQLink з’єднував середовище квантового керування з прискореною обчислювальною інфраструктурою NVIDIA. Quantum Machines назвала це першим випадком для компанії, що розробляє системи квантового керування, коли такий наскрізний CUDA-Q-процес було запущено на всьому цьому наборі ресурсів. 1015

Водночас це слід сприймати саме як заяву компанії та профільних медіа, а не як незалежно підтверджений галузевий рекорд. Так само незалежної перевірки потребує повідомлений повний цикл обміну вимірюваннями й командами керування приблизно за одну мікросекунду. 1015

Як завдання розподіляються між кубітами, GPU та CPU

Практичний сенс підходу — у розподілі роботи в межах однієї гібридної програми:

• Реальні кубіти та квантовий контролер виконують квантові операції й забезпечують керування в реальному часі.
• GPU беруть на себе ресурсомісткі класичні обчислення, чутливі до затримки, зокрема декодування даних вимірювань для квантової корекції помилок.
• CPU виконують загальні завдання на стороні хоста та оркестрацію процесу.

NVQLink задумано як інтерфейс із детермінованою затримкою в реальному часі між контролером квантової системи та високопродуктивними класичними ресурсами. Це має зробити онлайн-обробку — зокрема обчислення для корекції помилок — частиною основного циклу роботи, а не окремим ланцюжком, який інженери вручну поєднують із квантовим експериментом. 115

Чому важлива модель програмування CUDA-Q

Для розробників, які працюють із Python, C++ або мовою QUA від Quantum Machines, заявлена перевага полягає у вищому рівні абстракції. Замість ручного написання й координації низькорівневих послідовностей імпульсів, передавання даних між процесорами та контурів зворотного зв’язку вони можуть описувати робочий процес у єдиній моделі, зосередженій на CUDA-Q. Далі система має спрямувати завдання на належний квантовий або класичний ресурс. 15

Це не прибирає складність фізичного обладнання. Вона просто переноситься до рівня контролю, компіляції та оркестрації — важлива різниця для команд, яким потрібні відтворювані застосунки, а не щоразу унікальна лабораторна інтеграція.

Навіщо корекції помилок мікросекундний зворотний зв’язок

Квантова корекція помилок працює в замкненому циклі: система вимірює синдроми помилок, класичний обчислювач декодує результати, після чого потрібно швидко застосувати або запланувати коригувальну дію. Усе це має відбутися, доки квантовий стан ще придатний для обчислення. Архітектура NVQLink прямо орієнтована на поєднання квантового керування з HPC-ресурсами для онлайн-корекції помилок та інших обчислювально інтенсивних задач реального часу. 1

Quantum Machines і NVIDIA повідомляють, що в їхній демонстрації дані вимірювань і рішення керування передавалися приблизно за одну мікросекунду. Така затримка важлива, адже декодування чи оптимізація на CPU та GPU мають вкластися у часовий бюджет, який задають квантове обладнання та система керування. 101315

Квантовий процесор як частина суперкомп’ютера

Демонстрація підтримує ширшу архітектурну ідею: у майбутньому квантові процесори можуть бути не ізольованими лабораторними приладами, а спеціалізованими прискорювачами у квантово-класичних суперкомп’ютерах.

Quantum Machines описує багаторівневу схему: контролери квантових систем забезпечують швидкий зворотний зв’язок; сервери з CPU та GPU з обмеженою затримкою виконують калібрування, оптимізацію й декодування для корекції помилок; а більші HPC-системи планують ширші прикладні навантаження. 6 У програмі IEEE Quantum Week NVIDIA також подала відмовостійкі квантові обчислення як завдання рівня всієї системи — від QPU та програмного стека до прискорених обчислень і роботи в реальному часі. 2

У такій моделі головне питання не в тому, чи треба запускати все на квантовому процесорі. Важливо, щоб кожне завдання виконувалося на ресурсі, який здатен завершити його в межах потрібної затримки.

Робота над рівнем керування

Поряд із демонстрацією інтеграції Quantum Machines акцентувала увагу на процесах калібрування та проєктуванні відмовостійких систем. В офіційній програмі IEEE Quantum Week була заявлена ключова доповідь Quantum Machines «From Pulse to Platform: Control Layer for FTQC» («Від імпульсу до платформи: рівень керування для відмовостійких квантових обчислень»), а також виступ NVIDIA про проєктування прискореного квантового суперкомп’ютера для відмовостійкої ери. 11

Це підкреслює базову реальність галузі: для відмовостійких систем недостатньо лише вдосконалювати кубіти. Одночасно мають масштабуватися рівень керування, класичні прискорювачі, програмна оркестрація та канали зворотного зв’язку.

Наразі торонтську демонстрацію варто розглядати як важливий доказ інтеграції. Вона показує, як робочий процес на основі CUDA-Q може поєднати реальне квантове обладнання з CPU і GPU через NVQLink, але сама по собі не доводить готовність промислового відмовостійкого квантового комп’ютера. 1015