В IBM представили эталонную архитектуру квантово-ориентированных суперкомпьютеров (Quantum-Centric Supercomputing, QCSC). Это первая в отрасли архитектура для совместной работы квантовых и классических систем в единой вычислительной среде и научных задач, которые невозможно решить с помощью одного вычислительного подхода, утверждают представители компании.

Архитектура IBM объединяет квантовые процессоры с суперкомпьютерными средами, содержащими кластеры графических и центральных процессоров, высокопроизводительные сети и системы хранения данных с разделяемым доступом в локальных ИТ-комплексах, облаках и исследовательских центрах. Инфраструктура содержит также инструменты оркестровки и такие фреймворки с открытым исходным кодом, как Qiskit — SDK на основе Python для программирования квантовых компьютеров. Разработчики и ученые смогут работать с квантовыми вычислениями, используя знакомые инструменты и рабочие процессы.

Квантовые и классические высокопроизводительные компьютеры традиционно изолированы друг от друга. Пользователям приходится вручную организовывать рабочие процессы и передавать данные между ними, что существенно снижает производительность и ограничивает алгоритмические исследования. Гибридный подход упростит применение квантовых вычислений для решения задач в таких областях, как химия, материаловедение и оптимизация, позволит решать ранее недоступные задачи, поясняют в IBM.

Исследователи выделяют три этапа развитие квантово-ориентированных суперкомпьютеров: квантовые системы как специализированные средства разгрузки высокопроизводительных вычислительных сред; квантовые и классические системы, объединенные с помощью связующего ПО; полностью согласованные системы для гибридных рабочих процессов.

На первом этапе должна осуществляться «фундаментальная интеграция в различных областях». Далее следуют сокращение задержек, создание эффективных механизмов обратной связи и сложных гибридных алгоритмов. Третий этап — кульминация интеграции за счет «полноценного совместного проектирования гетерогенных систем, в которых квантовые и классические ресурсы сразу разрабатываются как унифицированные платформы». Это похоже на внедрение в системы HPC графических процессоров, когда они сначала были внешними ускорителями, подключенными к центральным процессорам. Затем создали интерфейсы межсоединений с гораздо более высокой пропускной способностью и меньшими задержками, считают разработчики.

.Одной из главных проблем таких гибридных сред является различия в быстродействии, поскольку квантовые вычисления на порядки быстрее, а сетевые задержки в облаке гораздо дольше, чем требуют квантовые задачи. Однако, как показывает новая платформа IBM, отрасль пытается преодолеть возникающие сложности, отмечают эксперты Moor Insights & Strategy.

По словам представителей IBM, ученые уже используют квантово-ориентированную архитектуру компании для получения «точных результатов в реальных экспериментах».