Merge Ahead : un chercheur propose une passerelle logicielle vers l’informatique quantique

Kristel Michielsen était dans l’informatique quantique avant que l’informatique quantique ne soit cool.

La physicienne computationnelle a simulé des ordinateurs quantiques dans le cadre de son doctorat. travail aux Pays-Bas au début des années 1990.

Aujourd’hui, elle gère l’une des plus grandes installations d’informatique quantique d’Europe, la Jlich Unified Infrastructure for Quantum Computing (JUNIQ). Sa mission est d’aider les développeurs à ouvrir ce nouveau domaine avec des outils tels que NVIDIA Quantum Optimized Device Architecture (QODA).

Nous ne pouvons pas continuer avec les ordinateurs classiques d’aujourd’hui seuls car ils consomment tellement d’énergie et ils ne peuvent pas résoudre certains problèmes, a déclaré Michielsen, qui dirige le programme quantique au Jlich Supercomputing Center près de Cologne. Mais associé à des ordinateurs quantiques qui ne consomment pas autant d’énergie, je pense qu’il peut y avoir le potentiel de résoudre certains de nos problèmes les plus complexes.

Entrez le QPU

Parce que les processeurs quantiques, ou QPU, exploitent les propriétés de la mécanique quantique, ils sont parfaitement adaptés à la simulation de processus au niveau atomique. Cela pourrait permettre des avancées fondamentales en chimie et en science des matériaux, déclenchant des effets domino dans tout, des batteries plus efficaces aux médicaments plus efficaces.

Les QPU peuvent également aider à résoudre des problèmes d’optimisation épineux dans des domaines tels que la logistique. Par exemple, les compagnies aériennes sont confrontées à des défis quotidiens pour déterminer quels avions affecter à quelles routes.

Dans une expérience, un ordinateur quantique récemment installé à Jlich a montré le moyen le plus efficace d’acheminer près de 500 vols démontrant le potentiel de la technologie.

L’informatique quantique promet également de faire passer l’IA au niveau supérieur. Dans des expériences distinctes, les chercheurs de Jlich ont utilisé l’apprentissage automatique quantique pour simuler la façon dont les protéines se lient aux brins d’ADN et classer les images satellites de Lyon, en France.

Les hybrides tirent le meilleur des deux mondes

Plusieurs prototypes d’ordinateurs quantiques sont désormais disponibles, mais aucun n’est encore suffisamment puissant ou fiable pour s’attaquer à des tâches commercialement pertinentes. Mais les chercheurs voient une voie à suivre.

Pendant longtemps, nous avons eu une vision des systèmes hybrides comme le seul moyen d’obtenir une informatique quantique pratique liée aux systèmes HPC classiques d’aujourd’hui, les ordinateurs quantiques nous donneront le meilleur des deux mondes, a déclaré Michielsen.

Et c’est exactement ce que Jlich et d’autres chercheurs du monde entier construisent aujourd’hui.

Quantum obtient un boost 49x sur les GPU A100

En plus de son système quantique analogique actuel, Jlich prévoit d’installer l’année prochaine un ordinateur quantique à atomes neutres de Pasqal, basé à Paris. Il a également exécuté des simulations quantiques sur des systèmes classiques tels que son JUWELS Booster, qui contient plus de 3 700 GPU NVIDIA A100 Tensor Core.

La version GPU de notre simulateur universel d’ordinateur quantique, appelé JUQCS, nous a permis d’accélérer jusqu’à 49 fois par rapport aux travaux exécutés sur des clusters CPU. Ce travail utilise presque tous les nœuds GPU du système et s’appuie fortement sur son réseau InfiniBand, a-t-elle déclaré, citant un papier récent.

Récemment, des systèmes classiques comme le JUWELS Booster utilisent NVIDIA cuQuantum, un kit de développement logiciel pour accélérer les tâches quantiques sur les GPU. Pour nous, c’est idéal pour l’analyse comparative multiplateforme, et pour d’autres, cela pourrait être un excellent outil pour démarrer ou optimiser leurs codes de simulation quantique, a déclaré Michielsen à propos du SDK.

Systèmes hybrides, logiciel hybride

Avec plusieurs systèmes HPC et quantiques disponibles et d’autres en route pour Jlich et d’autres centres de recherche, l’un des défis est de tout lier.

La communauté HPC doit examiner en détail les applications qui couvrent tout, de la science et de la médecine du climat à la chimie et à la physique pour voir quelles parties du code peuvent fonctionner sur des systèmes quantiques, a-t-elle déclaré.

C’est une tâche herculéenne pour les développeurs entrant dans l’ère de l’informatique quantique, mais cela aide en cours de route.

NVIDIA QODA agit comme un pont logiciel. Avec un appel de fonction, les développeurs peuvent choisir d’exécuter leurs tâches quantiques sur des GPU ou des processeurs quantiques.

Le langage de haut niveau de QODA prendra en charge tous les types d’ordinateurs quantiques et son compilateur sera disponible en tant que logiciel open source. Et il est pris en charge par des fournisseurs de systèmes et de logiciels quantiques, notamment Pasqal, Xanadu, QC Ware et Zapata.

Saut quantique pour les développeurs HPC et IA

Michielsen prévoit que JUNIQ fournira QODA aux chercheurs de toute l’Europe qui utilisent ses services quantiques.

Cela contribue à rapprocher l’informatique quantique des communautés HPC et AI, a-t-elle déclaré. Cela accélérera leur façon de faire les choses sans qu’ils aient besoin de faire toute la programmation de bas niveau, ce qui leur facilitera grandement la vie.

Michielsen s’attend à ce que de nombreux chercheurs utilisent QODA pour tester des ordinateurs hybrides quantiques-classiques au cours de l’année à venir et au-delà.

Qui sait, peut-être que l’un de nos utilisateurs sera le pionnier d’un nouvel exemple d’informatique hybride dans le monde réel, a-t-elle déclaré.

Consultez le site NVIDIA QODA pour en savoir plus et faire une demande d’intérêt précoce. Et obtenez des détails techniques sur QODA ici.

Image en haut avec l’aimable autorisation de Forschungszentrum Jlich / Ralf-Uwe Limbach