Quantum-Classical Computing Nvidia und Quantum Machines stellen DGX Quantum vor

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Quantencomputer machen Fehler, viele Fehler. Um die Ergebnisse zu verifizieren, bedarf es aufwändiger Rechnerei. Nvidia und Quantum Machines haben ein System entwickelt, das Quantenrechner mit GPU-Beschleunigung verbindet. Wie die Forscher beider Unternehmen sagen, handelt es sich um eine „eine revolutionäre neue Architektur“.

Zunächst einmal etwas Bekanntes: Das System, das GPUs und Quantencomputing integriert, nutzt das Toolkit „Cuda“, mit dem sich GPU-beschleunigte Anwendungen entwickeln, optimieren und bereitstellen lassen. Eine Erweiterung schafft die „Cuda Quantum Software-Plattform“.

Der Software-Stack, der als Open Source verfügbar ist, bietet eine hybride Plattform für klassisches Quantencomputing, die die Integration und Programmierung von QPUs, GPUs und CPUs in einem einzigen System ermöglicht. Zu den Partnern, die Cuda Quantum nutzen wollen, gehören die Quantenhardware-Unternehmen Anyon Systems, Atom Computing, Ionq, Orca Computing, Oxford Quantum Circuits und Quera, die Quanten-Software-Unternehmen Agnostiq und QMware sowie die Supercomputing-Zentren National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, das IT Center for Science (CSC) und das National Center for Supercomputing Applications (NCSA).

Von der Software bis zur Hardware

Das System „Nvidia DGX Quantum“ vereint die Nvidia-Computing-Plattform DGX, die mit dem Nvidia-„Superchip“ ausgestattet ist, in dem Fall eine Kombination aus der CPU „Grace“ und der GPU „Hopper“ plus Connectivity, sowie der Quantenkontrollplattform „OPX+“ von Quantum Machines. Diese Kombination soll es Forschern ermöglichen, außerordentlich leistungsfähige Anwendungen zu entwickeln, die Quantencomputing mit modernstem klassischem Computing kombinieren und so Kalibrierung, Steuerung, Quantenfehlerkorrektur und Hybridalgorithmen ermöglichen.

Tim Costa, Director HPC und Quantum bei Nvidia, beschreibt das wie folgt: „Quantenbeschleunigtes Supercomputing hat das Potenzial, Wissenschaft und Industrie umzugestalten und der Menschheit enorme Vorteile zu verschaffen.“ Dabei hat DGX Quantum die Aufgabe, die Grenzen des klassischen Quantencomputing zu erweitern. Das Herzstück der Rechnerplattform ist das Grace-Hopper-System, das über PCIe mit Quantum Machines OPX+ verbunden ist und eine Latenzzeit von weniger als einer Mikrosekunde zwischen GPUs und Quantenverarbeitungseinheiten (QPUs) ermöglicht.

Grace Hopper ist die derzeit leistungsstärkste GPU in Kombination mit der angekündigten ARM-Basierten Grace-CPU und ansonsten für KI- und HPC-Anwendungen im großen Maßstab optimiert. Die Kombi bietet im Vergleich zu bisherigen Möglichkeiten eine bis zu 10-fach höhere Leistung für Anwendungen, die Terabytes an Daten verarbeiten. Damit gibt sie auch Quantenforschern eine noch nie dagewesene Power.

Die Quantenkontrolle

OPX+ ist ein universelles Quantenkontrollsystem, das klassische Echtzeit-Rechenmaschinen in das Herz des Quantenkontrollstapels bringt, um die Leistung jeder QPU zu maximieren und neue Möglichkeiten für Quantenalgorithmen zu eröffnen. Sowohl das Grace-Hopper- als auch das OPX+-System können je nach Größe des Systems skaliert werden, von einer QPU mit wenigen Quantenbits bis hin zu einem quantenbeschleunigten Supercomputer.

Itamar Sivan, Mitbegründer und CEO von Quantum Machines, sagt: „Wir bewegen uns auf ein neues Zeitalter des Quantencomputing zu, das für mehr Forscher als je zuvor zugänglich ist. Unsere Zusammenarbeit mit Nvidia beim DGX Quantum System wird es einer neuen Generation von Innovatoren ermöglichen, einige der größten Herausforderungen der Welt zu lösen.“

Quantum Brilliance kündigt erste Software an

Zu den Unternehmen, die von dem Programmiermodell Cida Quantum profitieren wollen, gehört auch das Startup Quantum Brilliance. Dieses hat die erste Software angekündigt, die sich die nahtlose Nutzung von Quanten- und GPU-Beschleunigung in dynamischen Workflows nutzen soll, eine neue Version neue Version von „Qristal“.

Die Cuda-Integration soll es Anwendern ermöglichen, groß angelegte Supercomputer-Simulationen zukünftiger hybrider quantenklassischer Computer durchzuführen, die gleichzeitig Quantenprozessoren, klassische CPUs und GPUs nutzen und damit hybrides Quantencomputing mit diamantbasierter Quantenhardware näher an die Realität bringen.

Die diamantbasierten Quantenbeschleuniger von Quantum Brilliance wurden von Anfang an mit Blick auf hybride quantenklassische Anwendungen entwickelt. Sie laufen bei Raumtemperatur und können miniaturisiert werden, so dass sie in großem Umfang in Edge-, Cloud- und Supercomputing-Anwendungen eingesetzt werden können.

Vorteile auch im Supercomputing

Pat Scott, Software Lead bei Quantum Brilliance, beschreibt die Version wie folgt: „In Zusammenarbeit mit Nvidia ist es uns gelungen, das leistungsstarke neue Cuda Quantum-Framework vom ersten Release an in den Mittelpunkt der Quantensoftware-Landschaft zu stellen.“ Die Einführung sei ein entscheidender Schritt, da sie umfangreiche Werkzeuge für die enge Integration von leistungsstarken klassischen Algorithmen mit modernsten Quantenalgorithmen biete.

Scott fährt fort: „Indem wir in Qristal die Möglichkeit geschaffen haben, in Cuda Quantum geschriebene Quantenprogramme zu kompilieren, haben wir ermöglicht, Quantensoftware zu entwickeln, die nahtlos auf Nvidia-GPUs, CPUs und auf Quantenprozessoren (QPUs) läuft.“ Die Integration bedeutet auch, dass Benutzer groß angelegte Supercomputer-Simulationen zukünftiger hybrider klassischer Quantencomputer durchführen könnten, die gleichzeitig Quantenprozessoren, klassische CPUs und GPUs nutzen.

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