A medida que las computadoras cuánticas continúen desarrollándose, se integrarán con supercomputadoras de IA para formar supercomputadoras cuánticas aceleradas capaces de resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo.
La integración de unidades de procesamiento cuántico (QPU) en supercomputadoras de IA es clave para desarrollar nuevas aplicaciones, ayudar a desbloquear avances críticos para el funcionamiento del hardware cuántico futuro y permitir desarrollos en la corrección de errores cuánticos y el control de dispositivos.
El Centro de Investigación Cuántica Acelerada de NVIDIA, o NVAQC, anunciado hoy en la conferencia global de IA NVIDIA GTC, es donde se llevarán a cabo estos desarrollos. Con un sistema NVIDIA GB200 NVL72 y la plataforma de red NVIDIA Quantum-2 InfiniBand, la instalación albergará una supercomputadora con 576 GPU NVIDIA Blackwell dedicadas a la investigación en computación cuántica.
«El NVAQC se basa en herramientas muy necesarias y buscadas desde hace mucho tiempo para escalar la computación cuántica a los dispositivos de próxima generación», dijo Tim Costa, director senior de ingeniería asistida por computadora, cuántica y CUDA-X en NVIDIA. «El centro será un lugar para simulaciones a gran escala de algoritmos y hardware cuánticos, una estrecha integración de procesadores cuánticos y tanto el entrenamiento como la implementación de modelos de IA para la cuántica».
Los innovadores de la computación cuántica como Quantinuum, QuEra y Quantum Machines, junto con socios académicos de la Iniciativa Cuántica de Harvard y el grupo de Ingeniería de Sistemas Cuánticos del Centro de Ingeniería Cuántica del MIT, trabajarán en proyectos con NVIDIA en el centro para explorar cómo la supercomputación de IA puede acelerar el camino hacia la computación cuántica.
«El NVAQC es una herramienta poderosa que será fundamental para marcar el comienzo de la próxima generación de investigación en todo el ecosistema cuántico», dijo William Oliver, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, y de física, líder del grupo EQuS y director del Centro de Ingeniería Cuántica del MIT. «NVIDIA es un socio fundamental para hacer realidad la computación cuántica útil».
Hay varios desafíos clave de computación cuántica en los que el NVAQC ya está listo para tener un impacto significativo.
Protección de Qubits Con Supercomputación de IA
Las interacciones de los cúbits son un arma de doble filo. Si bien los qubits deben interactuar con su entorno para ser controlados y medidos, estas mismas interacciones también son una fuente de ruido: perturbaciones no deseadas que afectan la precisión de los cálculos cuánticos. Los algoritmos cuánticos solo pueden funcionar si el ruido resultante se mantiene bajo control.
La corrección de errores cuánticos proporciona una solución, codificando qubits lógicos y silenciosos dentro de muchos qubits físicos ruidosos. Al procesar los resultados de las mediciones repetidas en estos qubits ruidosos, es posible identificar, rastrear y corregir errores de qubits, todo sin destruir la delicada información cuántica que necesita un cálculo.
El proceso de averiguar dónde ocurrieron los errores y qué correcciones aplicar se denomina decodificación. La decodificación es una tarea extremadamente difícil que debe ser realizada por una computadora convencional dentro de un período de tiempo estrecho para evitar que el ruido se salga de control.
Un objetivo clave del NVAQC será explorar cómo la supercomputación de IA puede acelerar la decodificación. El estudio de cómo colocar el hardware cuántico dentro del centro permitirá el desarrollo de decodificadores de baja latencia, paralelizados y mejorados con IA, que se ejecutan en los superchips NVIDIA GB200 Grace Blackwell.
El NVAQC también abordará otros desafíos en la corrección de errores cuánticos. QuEra trabajará con NVIDIA para acelerar su búsqueda de nuevos y mejorados códigos de corrección de errores cuánticos, evaluando el rendimiento de los códigos candidatos a través de simulaciones exigentes de circuitos cuánticos complejos.
«El NVAQC será una herramienta esencial para descubrir, probar y refinar nuevos códigos de corrección de errores cuánticos y decodificadores capaces de acercar a toda la industria a la computación cuántica útil», dijo Mikhail Lukin, profesor de la Universidad Joshua y Beth Friedman en Harvard y codirector de la Iniciativa Cuántica de Harvard.
Desarrollo de Aplicaciones para Supercomputadoras Cuánticas Aceleradas
La mayoría de los algoritmos cuánticos útiles se basan por igual en recursos de computación clásica y cuántica, lo que en última instancia requiere una supercomputadora cuántica acelerada que unifique ambos tipos de hardware.
Por ejemplo, la salida de las supercomputadoras clásicas a menudo es necesaria para preparar los cálculos cuánticos. El NVAQC proporciona la infraestructura de computación heterogénea necesaria para la investigación sobre el desarrollo y la mejora de dichos algoritmos híbridos.
En el NVAQC también se explorarán nuevas técnicas de compilación basadas en IA, con el potencial de acelerar el tiempo de ejecución de todos los algoritmos cuánticos, incluso mediante el trabajo con Quantinuum. Quantinuum se basará en su trabajo de integración anterior con NVIDIA, ofreciendo su hardware y emuladores a través de la plataforma NVIDIA CUDA-Q. Actualmente, a los usuarios de CUDA-Q se les ofrece acceso sin restricciones al hardware y al emulador QNTM H1-1 de Quantinuum durante 90 días.
«Estamos entusiasmados de profundizar nuestro trabajo con NVIDIA a través de este centro», dijo Rajeeb Hazra, presidente y CEO de Quantinuum. «Al combinar los potentes sistemas cuánticos de Quantcontum con la computación acelerada de vanguardia de NVIDIA, estamos ampliando los límites de la computación cuántica-clásica híbrida y desbloqueando nuevas y emocionantes posibilidades».
Integración de QPU
La integración del hardware cuántico con la supercomputación de IA es uno de los principales obstáculos que quedan en el camino hacia el funcionamiento de hardware cuántico útil.
Los requisitos de una integración de este tipo pueden ser extremadamente exigentes. La decodificación requerida por la corrección de errores cuánticos solo puede funcionar si los datos de millones de qubits se pueden enviar entre el hardware cuántico y el clásico a latencias ultrabajas.
Quantum Machines trabajará con NVIDIA en el NVAQC para desarrollar y perfeccionar nuevas tecnologías de controlador que admitan interfaces rápidas y de alto ancho de banda entre procesadores cuánticos y superchips GB200.
«Estamos entusiasmados de ver el creciente compromiso de NVIDIA para acelerar la realización de computadoras cuánticas útiles, proporcionando a los investigadores la infraestructura más avanzada para ampliar los límites de la computación cuántica clásica», dijo Itamar Sivan, CEO de Quantum Machines.
La clave para integrar el hardware cuántico y clásico es una plataforma que permita a los investigadores y desarrolladores cambiar rápidamente de contexto entre estos dos paradigmas de computación dispares dentro de una sola aplicación. La plataforma NVIDIA CUDA-Q será el punto de entrada para que los investigadores aprovechen la integración cuántica-clásica del NVAQC.
Sobre la base de herramientas como NVIDIA DGX Quantum, una arquitectura de referencia para la integración de hardware cuántico y clásico, y CUDA-Q, el NVAQC está destinado a ser un epicentro para los desarrollos de próxima generación en computación cuántica, sembrando la evolución de los qubits en computadoras cuánticas impactantes.
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