Квантовые вычисления не конкурируют с ИИ и HPC, а скорее дополняют друг друга... Ключ к массовому распространению — в программном обеспечении

Некоторые аналитики указывают, что квантовые вычисления, искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления (HPC) не являются взаимной конкуренцией «ноль на ноль», а скорее становятся «взаимодополняющими компонентами», которые при совместном использовании могут показывать максимальную эффективность. Однако в отрасли широко считается, что среда разработки всё ещё находится на начальной стадии, и для популяризации квантовых технологий и улучшения доступности программного обеспечения это считается ключевой задачей.

В ходе мероприятия HPE World Quantum Day и в диалоге с theCUBE Дэйв Белланти отметил, что объединение CPU, GPU и квантовых процессоров (QPU) для решения ранее нерешаемых задач станет ядром следующего поколения технологических инноваций. Пол Гиллин подчеркнул, что в настоящее время разработка программного обеспечения для квантовых вычислений фактически находится на «первобытной стадии», и необходим стандартный среда разработки, которая будет легко управляемой для любого пользователя, подобная «квантовой версии Python».

В краткосрочной перспективе роль этого объединения — выступать в качестве «ускорителя», помогающего существующим суперкомпьютерам

Эксперты считают, что краткосрочный эффект квантовых вычислений заключается не в замене существующих рабочих процессов, а в том, чтобы выступать в роли «ускорителя», позволяющего быстрее выполнять часть вычислений, обрабатываемых суперкомпьютерами. Том Бек из Национальной лаборатории Оук-Ридж объяснил, что соединение квантовых компьютеров с HPC предполагает, что часть вычислений выполняется существующими системами, а наиболее сложные задачи в области квантовых технологий — квантовым оборудованием, что является реалистичным путём.

Ключевым аспектом является скорость и эффективность передачи информации между двумя системами. Это означает, что квантовые вычисления не сразу изменят всю вычислительную среду, а скорее войдут в бизнес-применения в виде гибридной архитектуры, точно отвечающей за определённые задачи.

Лорра Шульц из Национальной лаборатории Аргонн также занимается интеграцией квантовых вычислений в реальные исследовательские процессы в области химии и материаловедения. Она объяснила, что в традиционной HPC-среде для моделирования квантовомеханических явлений используют симуляции, тогда как квантовые вычисления могут более напрямую решать эти задачи. Структура такова: квантовое устройство отвечает за вычисления в определённом диапазоне, а затем передает результаты обратно в моделирующую систему на базе суперкомпьютера для завершения остальных задач.

Проблемы распространения связаны не с аппаратным обеспечением, а с «инженерией» и программным стеком

Квантовые вычисления обладают потенциалом превосходить существующие суперкомпьютеры при обработке масштабных и сложных задач, таких как отслеживание поведения нейтрино. Их коммерческое применение в логистике или разработке новых лекарств также постоянно обсуждается. Однако из-за физических ограничений и инженерных трудностей скорость их распространения всё ещё медленнее ожидаемой.

Кристин Бек из Лоренс Ливерморской национальной лаборатории отметила, что в химических задачах, лежащих в основе взаимодействия лекарственных веществ, ожидаемый эффект квантовых технологий значителен, но сама проблема слишком сложна, поэтому коммерческие результаты могут появиться позже, чем в логистике.

Амир Шехата из Национальной лаборатории Оук-Ридж объяснил, что для повышения доступности квантовых технологий необходимо переосмыслить весь программный стек. Особенно — квантовые биты, которые требуют различных условий работы в зависимости от аппаратной реализации. Например, сверхпроводящие квантовые биты имеют короткий срок службы и требуют точного контроля времени; нейтральные атомы — имеют свои ограничения. Это означает, что в конечном итоге программное обеспечение для квантовых вычислений должно учитывать все эти аппаратные требования.

Он добавил, что новая инфраструктура программного обеспечения для квантовых вычислений, скорее всего, не будет состоять только из полностью новых технологий, а будет использовать существующие вычислительные ресурсы, такие как GPU, что позволит одновременно использовать знакомые инструменты. Это указывает на то, что распространение квантовых вычислений, вероятно, пойдет по пути интеграции с существующей экосистемой AI-HPC, а не отделения от неё.

Ключевой вопрос — «когда и какие задачи доверить квантовым процессорам»

Также существует мнение, что истинная ценность квантовых вычислений заключается не в решении всех задач, а в своевременном делегировании наиболее подходящих вычислений. Благодаря свойствам суперпозиции и запутанности, квантовые биты могут показывать преимущества при решении сложных математических задач, требующих одновременного рассмотрения множества решений.

Микаель Йоханссон из Финского центра научных IT-исследований CSC, приводя пример «зеленой трансформации», отметил, что квантовые вычисления могут сыграть важную роль в разработке более эффективных катализаторов, следующего поколения батарей и магнитов. Это означает, что в сферах энергетического перехода и разработки передовых материалов потенциал применения квантовых технологий очень велик.

Однако Дитер Кранцмюллер из Лейбницского суперкомпьютерного центра в Германии подчеркнул, что квантовые компьютеры не заменят суперкомпьютеры. Он объяснил, что более реалистичным является создание интегрированной системы, которая автоматически классифицирует задачи и отправляет некоторые из них на выполнение на суперкомпьютерах, а другие — на квантовых устройствах.

Центр суперкомпьютерных исследований Pawsey в Перте, Австралия, также реализует проект «Setonix-Q», чтобы исследователи могли проводить эксперименты с квантовой механикой. Паскаль Элахи отметил, что цель — не только для квантовых исследователей, но и для более широкого круга пользователей, желающих решать реальные задачи, расширить доступ.

Хотя квантовые вычисления ещё не достигли стадии массового распространения, они быстро развиваются в направлении интеграции с AI и HPC, а не их замены, расширяя индустриальные возможности. В конечном итоге, поворотный момент рынка, возможно, не в более мощном аппаратном обеспечении, а в создании доступных программных сред и инфраструктуры, которые позволят большему числу разработчиков и исследователей легко использовать квантовые технологии.