آي بي إم تكشف عن أول مخطط للحوسبة الفائقة المرتكزة على الكم لتكامل الحوسبة عالية الأداء
ألفين لانغ ١٢ مارس ٢٠٢٦ ٩:١٣ مساءً
تطلق آي بي إم أول بنية مرجعية في الصناعة للحوسبة الفائقة المرتكزة على الكم، مما يتيح تكامل وحدة المعالجة الكمومية مع البنية التحتية الحالية للحوسبة عالية الأداء والمسرعات الكلاسيكية.
أصدرت آي بي إم أول بنية مرجعية منشورة للحوسبة الفائقة المرتكزة على الكم في ١٢ مارس ٢٠٢٦، مما يوفر مخططاً تقنياً لدمج وحدات المعالجة الكمومية مع البنية التحتية الحالية للحوسبة عالية الأداء. يعالج الإطار حاجة متزايدة حيث تُظهر سير العمل الهجينة الكمومية-الكلاسيكية نتائج قابلة للمقارنة مع الطرق الكلاسيكية الرائدة لمشاكل الفيزياء والكيمياء.
تحدد البنية كيف يمكن لوحدات المعالجة الكمومية أن تعمل جنباً إلى جنب مع وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات في بيئات الحوسبة عالية الأداء الحديثة دون الحاجة إلى مجموعات حوسبة جديدة بالكامل. صممتها آي بي إم لتكون نمطية وقابلة للتركيب، معتمدة على البرمجيات المفتوحة والواجهة القياسية والتكوينات التي تتصل بسير العمل والجدولة الحالية.
عمليات نشر فعلية قيد التشغيل بالفعل
هذا ليس نظرياً. لقد نشرت آي بي إم بالفعل إصدارات مبكرة في بيئة الحوسبة الفائقة لـ RIKEN ودمجت مع نظام فوغاكو الياباني - وهو جهاز يحتوي على ١٥٢,٠٦٤ عقدة كلاسيكية. استخدم العمل المشترك بين كليفلاند كلينيك وآي بي إم سير عمل الحوسبة الفائقة المرتكز على الكم للتنبؤ بالطاقات النسبية لمتشكلين من البروتين الصغير Trp-cage المكون من ٣٠٠ ذرة، حيث تم توسيع نطاق المحاكاة الكمومية إلى ٣٣ مداراً ومطابقة دقة طريقة الكتلة المقترنة.
تحقق تعاون آخر من البنية الإلكترونية لجزيء نصف موبيوس، مع نشر النتائج في مجلة Science. هذه ليست مشاكل بسيطة - فهي تمثل أنظمة ذات مغزى علمي تدفع حدود الحوسبة.
مجموعة بنية من أربع طبقات
تتفكك البنية المرجعية إلى طبقات متميزة. تتعامل طبقة التطبيق مع المكتبات الحسابية التي تفكك المشاكل إلى مكونات تُطلق عبر بيئات مختلفة. هنا، تُعد المكتبات الكلاسيكية والكمومية وتحسّن وتعالج بعد الأحمال الكمومية في دوائر خاصة بمجالات التطبيقات.
تقع البرمجيات الوسيطة للتطبيق في الأسفل، حيث تعمل البروتوكولات مثل MPI وOpenMP جنباً إلى جنب مع البرمجيات الوسيطة المحسّنة كمومياً. أحضر Qiskit v2.0 واجهة برمجة تطبيقات C للدوال الأجنبية توسع تعرض Python للغات برمجة أخرى، بينما قدم v2.1 تعليقات توضيحية قابلة للتخصيص للعشوائية في الدوائر وتخفيف الأخطاء.
تدير طبقة التنسيق تخصيص الموارد من خلال أدوات مثل الواجهة لإدارة الموارد الكمومية (QRMI) - وهي مكتبة مفتوحة المصدر تستخلص التفاصيل الخاصة بالأجهزة. بالنسبة لتطبيقات مدير أحمال العمل Slurm، يكشف مكون SPANK الكمي الموارد الكمومية ككيانات قابلة للجدولة جنباً إلى جنب مع الموارد الكلاسيكية.
تفاصيل البنية التحتية للأجهزة
في القاعدة توجد بنية تحتية للأجهزة من ثلاثة مستويات. يتكون المستوى الأعمق من النظام الكمي نفسه - وقت التشغيل الكلاسيكي بالإضافة إلى وحدات المعالجة الكمومية المتصلة عبر الربط في الوقت الفعلي. يشمل ذلك FPGAs وASICs ووحدات المعالجة المركزية التي تتعامل مع فك تشفير تصحيح الأخطاء الكمومية والقياسات في منتصف الدائرة ومعايرات الكيوبت ضمن قيود وقت التماسك.
يضيف المستوى الثاني أنظمة وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات الموجودة معاً والمتصلة من خلال وصلات منخفضة الكمون مثل RDMA عبر Ethernet المتقاربة أو NVQLink. تعمل هذه كبيئات اختبار لتصحيح الأخطاء الكمومية، وتدعم استراتيجيات كشف الأخطاء المكثفة حسابياً تتجاوز قدرات النظام الكمي الأصلية.
تشكل أنظمة التوسع الشريكة المستوى النهائي - الحوسبة السحابية أو الموارد المحلية التي تتعامل مع أحمال العمل الكلاسيكية المصاحبة لتنفيذ وحدة المعالجة الكمومية. يبسط هذا النهج النمطي المسار لمراكز البيانات لنشر الأنظمة الكمومية جنباً إلى جنب مع المجموعات الحالية.
لماذا يجب أن تهتم مراكز الحوسبة عالية الأداء الآن
التوقيت مهم. مع وصول الخوارزميات الكمومية مثل التقطير الكمي القائم على العينات إلى نطاقات تشكل تحدياً للطرق الكلاسيكية، يواجه علماء المجال ضغطاً لدمج الكم في أدواتهم. تتضمن استراتيجيات تخفيف وتصحيح الأخطاء الجديدة بشكل متزايد قدرات الحوسبة عالية الأداء، والانتظار حتى وصول الأنظمة المتسامحة مع الأخطاء يعني فقدان منحنى تعلم التكامل.
تؤطر آي بي إم هذا كإطار سيتطور على مدى العقد المقبل بدلاً من مخطط إلزامي للأنظمة الحالية. يمكن لمراكز الحوسبة عالية الأداء التي تشارك الآن المشاركة في تصميم الأنظمة للتطبيقات عالية التأثير مع إرساء أسس تتناسب مع التسامح مع الأخطاء. تعالج البنية مشاكل الكيمياء وعلوم المواد والتحسين التي لا يتعامل معها نهج حوسبة واحد بمفرده - بالضبط المجالات التي قد تترجم فيها المزايا النظرية للكم أخيراً إلى قدرة عملية.
مصدر الصورة: Shutterstock- ibm
- الحوسبة الكمومية
- الحوسبة الفائقة
- hpc
- qiskit
