量子コンピューティングのユーザーは古典的なスーパーコンピューターと連携して作業します: オークリッジ ラボでの Travis Humble へのインタビュー – ハイパフォーマンス コンピューティング ニュース分析

ケイティ・エリス・ジョーンズ、編集者、PillarQ

Travis Humble、オークリッジ リーダーシップ コンピューティング ファシリティと同じ場所にある量子コンピューティング ユーザー プログラム (QCUP) のディレクター (クレジット: Carlos Jones/ORNL、米国エネルギー省)

ハイ パフォーマンス コンピューティング (HPC) コミュニティは、ムーアの法則の限界を超えて将来のシステムを高速化するソリューションに目を向けています。その最前線にある技術の 1 つが量子コンピューティングです。この技術は、毎年世界中で数十億ドルの研究開発資金を集めています。

おそらく、世界初のエクサスケール スーパーコンピューターである Frontier の本拠地であるオーク リッジ リーダーシップ コンピューティング ファシリティ (OLCF) を含む HPC センターが、量子システムを活用して進歩させる方法を見つけていることは驚くことではありません。

テネシー州のオークリッジ国立研究所 (ORNL) にあり、米国エネルギー省 (DOE) から資金提供を受けている OLCF の量子コンピューティング ユーザー プログラム (QCUP) は、主要な量子コンピューティング システムへの商用リモート アクセスを科学分野のユーザーに提供します。 現在、このプログラムは、IBM Quantum Services と Rigetti Quantum Cloud Services のさまざまな超伝導アーキテクチャー、および Quantinuum トラップ イオン コンピューターとエミュレーターへのアクセスを提供しています。 このプログラムは、IonQ トラップ イオン システムへのアクセスも準備しています。

今年の新しいイニシアチブで、OLCF と QCUP は、QCUP の量子ベンダーと OLCF のスーパーコンピューターへのデュアル アクセスを提供するハイブリッド割り当てプログラムを通じて、量子と HPC を橋渡ししています。

QCUP の目的は、 [quantum] QCUP ディレクターの Travis Humble 氏は次のように述べています。

Humble は、別の DOE プログラム (National Quantum Information Science Research Centers) から資金提供を受けている ORNL の量子科学センターの所長でもありますが、量子の研究開発において重複する関心を共有しています。 「Quantum Computing: A Future for HPC Acceleration?」のパネリストを務める予定です。 11 月 18 日金曜日の SC22 (ハイ パフォーマンス コンピューティング、ネットワーキング、ストレージ、および分析のための国際会議) で。

ハンブル氏は、QCUP は特定の問題に最適な方法を探るためにさまざまな量子コンピューティング システムを提供しており、古典コンピューティングはこの探究の一部であると述べています。 「最適なハードウェアと、アプリケーションがどのように適合するかはまだわかりません。 理論上、量子コンピューティングは、コンピューティングを試し、科学的発見に情報を提供するためのまったく新しい遊び場を提供するため、実際に計算できる問題の種類が変わります。 スーパーコンピューターは強力ですが、制限が多すぎます。 ハイブリッドは両方の長所を取り入れています。」

ただし、現在、両方のデバイスをうまく利用しているアプリケーションは多くなく、QCUP の新しい量子古典ハイブリッド割り当ての意図は、両方でうまく動作するアプリケーションを見つけることであると警告しました。

フロンティア スーパーコンピュータ

QCUP には約 250 人のユーザーがおり、2016 年以降、社内ラボ プログラムから現在のユーザー プログラムに発展しました。 DOE の Advanced Scientific Computing Research (ASCR) プログラムの後援を受けた量子ユーザー プログラムは、ASCR のリーダーシップ コンピューティングと同じ HPC ユーザー モデルを採用しました。

「私たちは実現可能性、つまり量子コンピューターにさえ収まる問題を解決しようとしているのか、そして技術的な準備と適用を求めています」と Humble 氏は述べています。

QCUP ユーザー アシスタンス サポートには、研究者がコードを移植するのを支援する Science Engagement Team が含まれますが、過去には多くのユーザーが「エキスパート量子ユーザー」でした。 「彼らはプログラムを書き、準備ができています。」

多くのユーザーは、高エネルギー物理学、核物理学、エネルギー融合など、量子に関連する研究を行う科学プログラムから来ています。 たとえば、ローレンス バークレー国立研究所が率いるチームは、QCUP リソースを使用して衝突する 2 つの陽子の一部をシミュレートし、物理計算を古典対量子コンピューティングに最も適したものに分割して、古典コンピューターが近似する量子効果を含めるようにしました。

圧倒的に物理が一番存在感があります。 2 つ目はおそらくコンピューター サイエンスで、これには量子コンピューターのパフォーマンスを向上させるツールの構築が含まれます」と Humble 氏は述べています。

別の QCUP プロジェクトでは、シカゴ大学とアルゴンヌ国立研究所の研究者が率いるチームが、量子コンピューターで情報をエンコードするためのアプリケーションを使用して、量子スピン欠陥をシミュレートしました。 この場合、彼らは古典的な計算を使用して、量子計算のエラーを検証および削減しました。

人工知能 (AI) も、古典コンピューティングと量子コンピューティングのインターフェースに登場します。 ハンブル氏によると、一部のコンピューター サイエンス プロジェクトの目標は、量子コンピューティングを利用して AI と機械学習のワークフローを加速したり、AI が生成したデータから量子固有の情報を明らかにしたりすることです。

プログラムは HPC ユーザー機能を介して量子コンピューターへのアクセスを提供しますが、これらのコンピューターは HPC システムと統合されていません。 QCUP の最終的な目標の 1 つは、量子システムと HPC システムを接続することですが、短期的な障壁があります。

現在の障壁の一部は、量子コンピューティングが非常に早いことです。 今日の量子コンピューターを考えると、6 か月以内に新しいものに置き換わるでしょう」と Humble 氏は述べています。

技術的な観点からは、量子コンピューターは依然として特別なメンテナンスが必要であり、HPC のパフォーマンスにはまだ太刀打ちできません。 ユーザーの観点から見ると、トレーニングのハードルにより、量子コンピューティングはほとんどが量子の専門家に委ねられています。

「量子コンピューティングの使用を開始するために必要なトレーニング資料も、初期段階にあります」と Humble 氏は述べています。 「量子の採用を希望する大多数の HPC ユーザーのために、トレーニング リソースを作成する必要があります。」

多くの HPC 量子コラボレーションはまだ初期段階にありますが、QCUP などのプログラムや他の HPC センターでの量子プロジェクトからの経験は、将来の HPC 量子統合の舞台を整えるのに役立つ可能性があります。

Katie Elyce Jones は、研究ニュース出版物 PillarQ の創設者兼編集者です。

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