IBM objavio nacrt za kvantno-centrično superračunalstvo

IBM je predstavio prvi javno objavljeni referentni arhitekturni model za kvantno-centrično superračunalstvo. Riječ je o novom nacrtu za integraciju kvantnog računarstva u moderna superračunalna okruženja.

Arhitektura pokazuje kako kvantni procesori, odnosno QPU-ovi, mogu raditi uz GPU-ove i CPU-ove, kroz lokalne sustave, istraživačke centre i oblak, kako bi se odgovorilo na znanstvene izazove koje nijedan pojedinačni računalni pristup ne može samostalno riješiti. Osmišljena za današnja radna opterećenja i razvijena tako da se može dalje nadograđivati, arhitektura spaja kvantne i klasične sustave u jedinstveno računalno okruženje. Ona kombinira kvantni hardver sa snažnom klasičnom infrastrukturom, uključujući klastere CPU-ova i GPU-ova, mreže velike brzine i zajedničku pohranu, kako bi podržala računalno zahtjevna radna opterećenja i istraživanje algoritama.

Na toj osnovi IBM-ov pristup omogućuje koordinirane tijekove rada koji obuhvaćaju i kvantno i klasično računarstvo. Integrirana orkestracija i otvoreni softverski okviri, uključujući Qiskit, omogućuju programerima i znanstvenicima pristup kvantnim mogućnostima kroz poznate alate i tijekove rada, što olakšava primjenu kvantnog računarstva na probleme u područjima kao što su kemija, znanost o materijalima i optimizacija.

„Prije više od četiri desetljeća Richard Feynman zamislio je računala koja bi mogla simulirati kvantnu fiziku”, rekao je Jay Gambetta, direktor IBM Researcha i IBM Fellow. „U IBM-u godinama pretvaramo tu viziju u stvarnost. Današnji kvantni procesori počinju rješavati najteže dijelove znanstvenih problema, one kojima upravlja kvantna mehanika u kemiji. Budućnost leži u kvantno-centričnom superračunalstvu, u kojem kvantni procesori rade zajedno s klasičnim računalstvom visokih performansi kako bi rješavali probleme koji su prije bili izvan dosega. IBM danas gradi tehnologiju i sustave koji tu budućnost računarstva pretvaraju u stvarnost.”

Znanstvenici već koriste IBM-ovu kvantno-centričnu arhitekturu kako bi isporučili točne rezultate za stvarne eksperimente. Nedavni rezultati predstavljaju neke od dosad najsnažnijih dokaza da se kvantna računala, u kombinaciji s klasičnim računalnim tijekovima rada, mogu koristiti za ubrzavanje znanstvenih otkrića. Kako se budu pojavljivali novi kvantno-centrični algoritmi, IBM-ov globalni ekosustav klijenata i partnera nastavit će razvijati ovu arhitekturu kako bi podržao složene resurse, mreže i softverske mogućnosti.

Objavljena referentna arhitektura važna je i zato što IBM u tehničkom radu na arXivu opisuje tri faze razvoja kvantno-centričnih superračunalnih sustava: od kvantnih sustava kao specijaliziranih akceleratora unutar postojećih HPC okruženja, preko heterogenih kvantno-klasičnih sustava povezanih naprednim middlewareom, do potpuno suoblikovanih kvantno-HPC sustava za hibridne radne tokove. IBM Research dodatno naglašava da arhitektura nije zamišljena kao zatvoren ili rigidno propisan model, nego kao otvoren i sastavljiv okvir koji se oslanja na otvoreni softver, standardna sučelja i modularne konfiguracije sustava. 

U praksi se takav pristup već testira kroz integracije s japanskim RIKEN-om i superračunalom Fugaku, gdje se kvantni i klasični resursi povezuju u stvarnim proizvodnim HPC okruženjima. IBM na svojoj službenoj quantum roadmap stranici za 2026. navodi cilj demonstracije prvih primjera znanstvene kvantne prednosti uz pomoć kvantnog računala u kombinaciji s HPC-om. Ista karta razvoja navodi i plan da procesori dosegnu mogućnost izvođenja 7.500 vrata na do 360 kubita, uz alate za mapiranje i profiliranje kvantno-HPC radnih tokova. 

Na IBM-ovoj stranici o hardveru stoji da je System Two temelj njihova pristupa kvantno-centričnom superračunalstvu te da njegova fleksibilna arhitektura omogućuje povezivanje više QPU-ova unutar podatkovnog centra. IBM ondje također navodi da su trenutačno najvažniji procesori obitelji Heron izvedbe s 133 i 156 kubita, dok je Nighthawk sljedeća evolucija arhitekture čipa sa 120 kubita na kvadratnoj rešetki. U samoj objavi IBM kao konkretne primjere navodi verifikaciju elektroničke strukture polu-Möbiusove molekule, simulaciju mini-proteina tryptophan-cage od 303 atoma te veliku simulaciju željezno-sumpornih klastera kroz zatvorenu petlju razmjene podataka između kvantnog procesora Heron i svih 152.064 računalna čvora sustava Fugaku. 

Sve to upućuje na to da se industrija postupno udaljava od ideje izoliranog kvantnog računala i kreće prema heterogenim sustavima u kojima će kvantni procesori rješavati one dijelove problema koji su prirodno kvantni, dok će klasični HPC preuzimati orkestraciju, optimizaciju i obradu velikih količina podataka. IBM pritom javno ističe i ambiciju da do 2029. isporuči prvo veliko, na pogreške otporno kvantno računalo, što pokazuje da ovu arhitekturu vidi kao prijelazni, ali ključan korak prema budućim produkcijskim kvantnim sustavima.