Hitech logo

Кейсы

IBM ускорила расчёты в 100 раз, объединив квантовые процессоры с графическими ускорителями

TODO:
Екатерина ШемякинскаяСегодня, 02:50 PM

Исследователи IBM совместно с AMD и Национальной лабораторией Ок-Ридж представили гибридную систему, объединившую квантовые и центральные процессоры с графическими ускорителями. Этот подход позволил ускорить сложные молекулярные вычисления в 100 раз, сократив время моделирования химических реакций с нескольких часов до считанных минут. Разработка стала шагом к созданию «квантово-ориентированных суперкомпьютеров», которые способны совершить прорыв в материаловедении и разработке новых лекарств.

00
Самые интересные технологические и научные новости выходят в нашем телеграм-канале Хайтек+. Подпишитесь, чтобы быть в курсе.

Новая вычислительная парадигма, которую IBM называет «квантово-ориентированными суперкомпьютерами», объединяет квантовые процессоры (QPU), классические центральные процессоры (CPU) и графические ускорители (GPU). CPU хорошо справляются с последовательными вычислениями и координацией сложных процессов, GPU могут параллельно обрабатывать тысячи или миллионы простых операций, особенно связанных с многомерными структурами данных — тензорами. QPU, в свою очередь, используют квантовые состояния для выполнения вычислений, недоступных классическим процессорам.

Почему США, Китаю и России важно первыми установить на Луне атомный реактор

Прорыв IBM был достигнут с помощью технологии квантовой диагонализации на основе образцов (SQD), которая моделирует молекулы на квантовом уровне. Квантовый процессор создает наборы электронных конфигураций молекулы, а графические ускорители выполняют сложные расчеты, чтобы извлечь из них полезную информацию. Результаты возвращаются на квантовый процессор для новой генерации образцов, и цикл повторяется до выявления наиболее стабильных состояний. Моделировать химические реакции сложно: количество переменных и состояний молекул настолько велико, что задача становится непосильной даже для современных суперкомпьютеров.

Испытания технологии SQD на суперкомпьютере Frontier показали примерно 100-кратное ускорение по сравнению с выполнением тех же вычислений только на центральных процессорах. Использование новейших графических процессоров AMD MI300X и MI355X или NVIDIA H100 и GB200 добавило дополнительное ускорение в 1,8-3 раза. Дальнейшая оптимизация с GPU RIKEN и NVIDIA на суперкластере Miyabi с использованием библиотеки Thrust обеспечила ещё 20% прироста производительности.

Разработчики могут запускать гибридные алгоритмы через программный стек Qiskit. К концу десятилетия IBM планирует представить систему для отказоустойчивых квантовых вычислений с интеграцией классических ресурсов и графических ускорителей, что позволит максимально использовать возможности квантовой технологии.

IBM и AMD сотрудничают с августа 2025 года для разработки квантово-центрических суперкомпьютеров. IBM планирует достичь подтверждённого квантового преимущества к концу 2026 года с использованием процессора Nighthawk — 120-кубитового чипа с квадратной решёткой.