À mesure que les ordinateurs quantiques se développent, ils seront intégrés aux supercalculateurs basés sur l’IA pour donner naissance aux supercalculateurs quantiques, capables de résoudre certains des problèmes les plus complexes au monde.
L’intégration des unités de traitement quantique (QPU) aux supercalculateurs basés sur l’IA est essentiel pour développer de nouvelles applications, permettre des avancées cruciales pour faire fonctionner le matériel quantique à venir, et donner lieu à des progrès en correction d’erreurs quantique et contrôle des appareils.
Tous ces développements auront lieu au NVAQC (NVIDIA Accelerated Quantum Research Center), annoncé aujourd’hui lors de la conférence mondiale sur l’IA NVIDIA GTC. L’installation, équipée d’un système NVIDIA GB200 NVL72 et de la plateforme de mise en réseau InifniBand NVIDIA Quantum-2, abritera un supercalculateur doté de 576 GPU NVIDIA Blackwell dédiés à la recherche en informatique quantique.
« Le NVAQC s’appuie sur des outils attendus depuis longtemps et nécessaires pour faire évoluer l’informatique quantique vers les appareils de nouvelle génération », explique Tim Costa, directeur de l’ingénierie assistée par ordinateur, de l’informatique quantique et de CUDA-X chez NVIDIA. « Le centre abritera des simulations d’algorithmes et de matériel quantiques à grande échelle, une intégration étendue des processeurs quantiques, ainsi que l’entraînement et le déploiement de modèles d’IA pour l’informatique quantique. »
Des entreprises innovantes du secteur de l’informatique quantique, comme Quantinuum, QuEra et Quantum Machines, ainsi que des partenaires du monde académique, comme la Harvard Quantum Initiative et l’Engineering Quantum Systems du MIT Center for Quantum Engineering travailleront avec NVIDIA pour étudier comment le calcul intensif basé sur l’IA peut accélérer l’avènement de l’informatique quantique.
« Le NVAQC est un outil puissant et fondamental pour l’émergence de la nouvelle génération d’études sur l’informatique quantique », affirme William Oliver, professeur en ingénierie électrique, en informatique et en physique, responsable du groupe EQuS et directeur du MIT Center for Quantum Engineering. « NVIDIA est un partenaire fondamental pour rendre l’informatique quantique utile. »
Le NVAQC devrait déjà avoir un impact considérable sur plusieurs difficultés majeures en informatique quantique.
Protéger les qubits grâce au calcul intensif basé sur l’IA
Les interactions Qubit sont une arme à double tranchant. Les qubits doivent interagir avec leur environnement pour être contrôlés et mesurées, mais ces interactions occasionnent du bruit, c’est-à-dire des perturbations indésirables qui affectent la précision des calculs quantiques. Les algorithmes quantiques ne fonctionnent donc que si le bruit qu’ils génèrent est maitrisé.
La correction des erreurs quantiques offre une solution via le codage de qubits logiques silencieux au sein de nombreux qubits physiques bruyants. Le traitement des résultats de ces mesures répétées réalisées sur les qubits bruyants permet d’identifier, de suivre et de corriger les erreurs qubit sans pour autant endommager les informations quantiques nécessaires au calcul.
Le processus consistant à déterminer où les erreurs se sont produites et quelles mesures correctives appliquer est appelé « décodage ». Le décodage est une tâche extrêmement difficile qui doit être réalisée par un ordinateur classique sur une période de temps restreinte afin de garder le bruit sous contrôle.
L’un des objectifs majeurs du NVAQC sera d’explorer la possibilité d’accélérer le décodage grâce au calcul intensif basé sur l’IA. Les recherches sur comment installer du matériel quantique dans le centre permettront le développement de décodeurs parallélisés à faible latence accélérés par l’IA et basés sur les superpuces NVIDIA GB200 Grace Blackwell.
Le NVAQW s’attaquera également à d’autres difficultés dans le domaine de la correction d’erreurs quantiques. QuEra travaillera avec NVIDIA pour accélérer ses recherches de nouveaux codes de correction d’erreurs quantiques améliorés. Pour ce faire, l’entreprise évaluera les performances des codes candidats grâce à des simulations exigeantes de circuits quantiques complexes.
« Le NVAQC sera un outil fondamental pour découvrir, tester et affiner de nouveaux décodeurs et codes de correction d’erreurs quantiques capables de rapprocher le secteur dans son ensemble d’une informatique quantique utile », a déclaré Mikhail Lukin, professeurs Joshua et Beth Friedman à Harvard et codirecteur de la Harvard Quantum Initiative.
Développer des applications pour les supercalculateurs quantiques accélérés
La plupart des algorithmes quantiques utiles se basent autant sur des ressources informatiques traditionnelles que quantiques, et nécessitent donc un supercalculateur quantique capable d’unifier les deux types de matériel.
À titre d’exemple, les données des supercalculateurs classiques sont souvent nécessaires pour effectuer des calcules quantiques. Le NVAQC fournit l’architecture informatique hétérogène nécessaire aux recherches sur le développement et l’amélioration de ces algorithmes hybrides.
Le NVAQC abritera aussi des études sur de nouvelles méthodes de compilation basées sur l’IA ayant le potentiel d’accélérer les délais d’exécution de tous les algorithmes quantiques, et ce, en partenariat avec Quantinuum. L’entreprise va poursuivre son travail d’intégration avec NVIDIA et proposer son matériel et ses émulateurs via la plateforme NVIDIA CUDA-Q. Les utilisateurs de CUDA-Q ont actuellement accès pendant 90 jours au matériel et à l’émulateur System H1 QPU de Quantinuum.
« Nous avons hâte de collaborer avec NVIDIA au sein de ce centre », déclare Rajeeb Hazra, PDG de Quantinuum. « En combinant les systèmes quantiques puissants de Quantinuum au calcul accéléré de pointe de NVIDIA, nous repoussons les limites de l’informatique hybride classique-quantique et ouvrons la voie vers de nouvelles possibilités fascinantes. »
Intégration des QPU
L’intégration du matériel quantique au calcul intensif basé sur l’IA est l’un des principaux obstacles qu’il reste à surmonter avant de pouvoir faire fonctionner du matériel quantique utile.
Mais une telle intégration s’avère extrêmement exigeante. Le décodage nécessaire à la correction d’erreurs quantiques n’est possible que si les données de millions de qubits sont transmises entre du matériel classique et quantique avec des latences incroyablement faibles.
Quantum Machines travaillera avec NVIDIA au sein du NVAQC pour développer et améliorer de nouvelles technologies de contrôleurs prenant en charge des interfaces haute bande passante et rapides entre les processeurs quantiques et les superpuces GB200.
« Nous sommes heureux de la volonté grandissante de NVIDIA d’accélérer l’émergence d’ordinateurs quantiques utiles. Fournir aux chercheurs l’infrastructure la plus avancée qui soit va permettre de repousser les limites de l’informatique quantique-classique », a déclaré Itamar Sivan, PDF de Quantum Machines.
Un élément clé pour intégrer le matériel quantique et traditionnel est la présence d’une plateforme permettant aux chercheurs et aux développeurs de passer rapidement d’un type d’informatique à l’autre depuis une seule et même application. Pour les chercheurs, la plateforme NVIDIA CUDA-Q représente le point de départ pour exploiter l’intégration quantique-classique du NVAQC.
Celui-ci reposera sur des outils comme NVIDIA DGX Quantum, une architecture de référence pour l’intégration du matériel quantique et traditionnel, ainsi que CUDA-Q. De quoi en faire l’épicentre des développements de nouvelle génération dans le domaine de l’informatique quantique et ouvrir ainsi la voie vers l’évolution des qubits en ordinateurs quantiques utiles.
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