В прошлом месяце LUMI, самый быстрый суперкомпьютер в Европе, был подключен к HELMI, первому квантовому компьютеру Финляндии, системе из пяти кубитов, которая функционирует с 2021 года. Таким образом, Финляндия стала первой страной в Европе, создавшей такую гибридную сеть.

Scientists have linked a supercomputer and a quantum computer. LUMI Microsoft

LUMI довольно знаменит - этот суперкомпьютер занимает третье место в последнем списке Top 500 самых быстрых суперкомпьютеров мира и может выполнять вычисления производительностью 309 петафлопс. LUMI был введен в эксплуатацию в июне этого года.

Согласно пресс-релизу, Центр технических исследований Финляндии VTT сотрудничал с CSC и Университетом Аалто в рамках проекта Finnish Quantum Computing Infrastructure, чтобы установить связь между двумя технологиями.

Почему была выбрана гибридная система?

Несмотря на то, что квантовые технологии чрезвычайно мощны в узком спектре задач, они нуждаются в контроле со стороны традиционных классических компьютеров, к тому же их сложно рассматривать как самостоятельные системы. По данным ComputerWeekly.com, экосистема квантовых вычислений еще не созрела, чтобы предложить достойный набор инструментов для программирования квантовых компьютеров, запуска программ и считывания результатов.

Когда такая система будет создана, она позволит реализовать проекты гибридных вычислений и "ускорит разработку необходимых квантовых алгоритмов и программного обеспечения". В ближайшее время можно будет оценить потенциал этой технологии для решения реальных задач.

Суперкомпьютеры помогут оптимизировать квантовые алгоритмы

"Мы стремимся дополнить суперкомпьютеры квантовыми вычислениями", - сказал Вилле Котовирта, лидер команды квантовых алгоритмов в VTT.

Representational picture of supercomputers. gorodenkoff/piranka/iStock

"Самые сложные проблемы классических вычислений - например, проблемы электронных структур - в будущем, как мы надеемся, можно будет более эффективно решать с помощью квантовых вычислений". С другой стороны, суперкомпьютеры могут помочь оптимизировать квантовые алгоритмы, а также обработать данные измерений для устранения ошибок в вычислениях. По мере увеличения размеров квантовых компьютеров такие проблемы оптимизации становятся все более сложными, поэтому суперкомпьютеры могут принести большую пользу", - сказал Котовирта.

В будущем квантовые компьютеры будут решать минимальный набор функциональных задач, на решение которых у суперкомпьютеров уйдут века и даже тысячи лет. А первые смогут решать их за минуты или часы. К таким проблемам относится разработка новых продуктов и материалов, например, в фармацевтической, химической и аккумуляторной промышленности.

Как это работает?

Соединение между конечными устройствами основывается на защищенном протоколе HTTPS, рассказывает Котовирта. "Инженеры разрабатывают гибридный алгоритм на стороне LUMI и отправляют задание в систему регистрации очередей LUMI на выполнение. Квантовые задания пересылаются в HELMI по защищенному протоколу HTTPS, а внутренняя часть HELMI управляет аппаратной электроникой для выполнения квантовых вычислений", - объяснил Котовирта.

После этого результат возвращается в LUMI на сервер программы, которая сделала запрос. "Затем программа объединяет результат с классическими вычислениями. Далее она может начать следующую итерацию или отобразить результаты пользователю", - говорит Котовирта.

LUMI, is the most powerful supercomputer in Europe. It solves global problems and contributes to green transformation

Реальные примеры использования

Объединение вычислительных мощностей может привести к появлению более быстрых и точных приложений машинного обучения для генерации новых молекулярных структур, что ускорит процесс проектирования новых материалов.

Кроме того, потенциальные преимущества могут быть получены в областях, требующих высокой точности и качества вычислительных прогнозов, к примеру, для краткосрочного прогнозирования погоды. Крайне важно точно предсказывать грозы, маршруты ураганов и распространение цунами. 

"Все это связано с оперативным анализом данных спутникового наблюдения Земли в режиме реального времени. В долгосрочной перспективе высококачественная обработка изображений позволит, например, обнаружить начинающийся лесной пожар до его неконтролируемого распространения. В финансовом секторе более высокая точность в алгоритмической торговле, разумеется, принесет мгновенное вознаграждение", - говорится в релизе.

Источники и ссылки: lumi Supercompute , Journal Interesting Engineering, Journal Computer Weekly.

1. (https://interestingengineering.com/innovation/supercomputer-connected-to-a-quantum-computer)
2. (https://www.computerweekly.com/news/252527998/Finland-connects-a-quantum-computer-to-a-supercomputer)
3. (https://www.lumi-supercomputer.eu/lumi-europes-most-powerful-supercomputer-is-solving-global-challenges-and-promoting-a-green-transformation/)