Вчені винаходять віртуальні машини для квантових обчислень — вони скоротять час виконання з днів до годин

(Зображення: Юічіро Чіно через Getty Images)

Вчені винайшли нову обчислювальну технологію, яка вперше дозволяє кільком людям запускати програми на квантовому комп'ютері.

Нова система під назвою «HyperQ» являє собою тип технології віртуалізації, яка балансує робочі навантаження, розділяючи фізичне обладнання квантового комп'ютера на кілька ізольованих квантових віртуальних машин (qVM), яким потім керує інтелектуальний планувальник.

Цей планувальник працює «як головний гравець у Tetris», який об'єднує кілька qVM для одночасної роботи на різних частинах однієї машини, повідомили представники Колумбійського університету. Кінцевим результатом є один квантовий комп'ютер, здатний підтримувати роботу кількох користувачів, які запускають різні програми. Вчені опублікували свої висновки в липні в новому дослідженні, яке було представлено на 19-му симпозіумі USENIX з проектування та впровадження операційних систем (OSDI '25).

Вам може сподобатися

Мільйони кубітів на одному квантовому процесорі тепер можливі завдяки кріогенному прориву
Вчені досягли прориву в квантових обчисленнях «магічного стану», який розроблявся 20 років тому
Алгоритми «квантового штучного інтелекту» вже випереджають найшвидші суперкомп'ютери, йдеться в дослідженні

«HyperQ привносить хмарну віртуалізацію в квантові обчислення», – заявив співавтор дослідження Джейсон Ніє, професор інформатики в Колумбійському інженерному університеті. «Це дозволяє одній машині запускати кілька програм одночасно – без перешкод, без очікування в черзі».

Ефективність завдяки віртуалізації

Типові квантові комп'ютери на основі вентилів є дорогими порівняно з їхніми бінарними аналогами. Згідно з даними Quantum Zeitgeist, витрати на дослідження та розробку невеликої квантової обчислювальної системи коливаються від 10 до 15 мільйонів доларів. Це ще не враховуючи витрати на утримання, які оцінюються в понад мільйон доларів на рік, не враховуючи розробку програмного забезпечення та програмування.

Незважаючи на високі витрати на розробку та експлуатацію, більшість квантових комп'ютерів зазвичай здатні підтримувати операції лише для одного користувача через внутрішньо взаємопов'язану природу кубітів — квантового еквівалента класичних комп'ютерних бітів, — з яких вони складаються.

Дослідники надихнулися технологією віртуалізації, яка є основою сучасних хмарних обчислювальних сервісів, таких як Amazon Web Services (AWS) та Microsoft Azure. У класичному середовищі віртуальних машин (ВМ) програмний рівень, який називається гіпервізор або монітор віртуальних машин, розподіляє невикористані ресурси між окремими віртуальними машинами, які працюють повністю незалежно одна від одної.

Однак у квантовому середовищі комп'ютерні вчені повинні враховувати «шум» у квантовому сигналі, який може поширюватися по всій системі. HyperQ обходить цю проблему, ізолюючи кожну qVM «буфером» з кубітів, які залишаються неактивними, тим самим усуваючи потенціал для шумних «перехресних перешкод».

«Попередні зусилля вимагали спеціалізованих компіляторів і потребували заздалегідь точно знати, які програми працюватимуть разом», — сказав провідний автор статті Руньчжоу Тао, колишній докторант Лабораторії програмних систем Колумбійського університету. «Наш підхід динамічно працює з існуючими інструментами квантового програмування, що є набагато гнучкішим і практичнішим для реального використання».

Динамічне мультипрограмування

Квантові програми зазвичай виконуються за передбачуваним шаблоном кубітів. HyperQ визначає оптимальні часові інтервали для кожного запиту користувача та розподіляє ресурси як у часі, так і в просторі, визначаючи, які кубіти будуть необхідні для кожного запиту та як довго вони будуть активними, зазначають дослідники в дослідженні.

ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ

—«Наукова проблема вирішена»: IBM створить монструозний квантовий комп'ютер на 10 000 кубітів до 2029 року

— Міні-«настільний суперкомп’ютер» від Nvidia у 1000 разів потужніший за ноутбук — і він може поміститися у вашій сумці

— Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших та швидших машин.

Це може здатися простим завданням паралельного планування, але попередні системи керування машинами вимагали від користувачів стояти в черзі, щоб система могла попередньо компілювати їхні запити для виконання. HyperQ вводить концепцію під назвою «динамічне мультипрограмування», в якій використання спрощується, а програми можна компілювати незалежно для qVM різного розміру.

Команда протестувала свій програмний рівень HyperQ на квантовому комп'ютері IBM Brisbane, системі на основі 127-кубітних вентилів, побудованій на чіпсеті Eagle. Згідно з дослідженням, HyperQ скоротив середній час очікування користувачів до 40 разів, зменшивши час виконання проектів з «днів до лічених годин». Це також дозволило збільшити кількість виконуваних квантових програм до десяти разів.

У майбутньому команда має намір розширити функціонування HyperQ для всього спектру квантових обчислювальних архітектур, включаючи машини, виготовлені виробниками, відмінними від IBM.

Трістан Грін

Трістан — журналіст, що спеціалізується на науці та технологіях, що мешкає в США. Він висвітлює теми штучного інтелекту (ШІ), теоретичної фізики та передових технологій.

Його роботи були опубліковані в численних виданнях, включаючи Mother Jones, The Stack, The Next Web та Undark Magazine.

До журналістики Трістан 10 років служив у ВМС США програмістом та інженером. Коли він не пише, він любить грати в ігри з дружиною та вивчати військову історію.

Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати

Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.

Вийти Читати далі

Мільйони кубітів на одному квантовому процесорі тепер можливі завдяки кріогенному прориву

Вчені досягли прориву в квантових обчисленнях «магічного стану», який розроблявся 20 років тому

Алгоритми «квантового штучного інтелекту» вже випереджають найшвидші суперкомп'ютери, йдеться в дослідженні

Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів

Прорив Microsoft може зменшити кількість помилок у квантових комп'ютерах у 1000 разів

Японія запускає свій перший власний квантовий комп'ютер. Найновіші новини в галузі обчислювальної техніки

Вчені втиснули цілий комп'ютер в одне волокно одягу — і його навіть можна пропустити в пральній машині

Китайська «Мавпа Дарвіна» – найбільший у світі суперкомп'ютер, натхненний роботою мозку

Японія запускає свій перший власний квантовий комп'ютер

IBM та Moderna змоделювали найдовший шаблон мРНК без штучного інтелекту — замість цього вони використали квантовий комп'ютер.

Ця маловідома 80-річна машина може бути ключем до розкриття повного потенціалу штучного інтелекту сьогодні.

Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших і швидших машин. Останні новини

«Я довіряю ШІ, як моряк довіряє морю. Він може занести вас далеко, або ж може втопити»: результати опитування показують, що більшість не довіряє ШІ

Всього одна доза ЛСД може полегшити тривогу на місяці, згідно з дослідженням

Вчені виявили «щось надзвичайне» в проблемному серці відомої наднової

Вчені винайшли «спермоботів», яких вони пілотували через штучну шийку матки та матку

Наукові новини цього тижня: ключова атлантична течія наближається до колапсу, найбільший у світі айсберг руйнується, а мозок миші переписує нейронауку

Рибалки виявили в Карибському басейні першу у своєму роді яскраво-помаранчеву акулу з двома рідкісними захворюваннями ОСТАННІ СТАТТІ

Огляд 1Canon EOS R5 II

Вчені знайшли «щось надзвичайне» у проблемному серці відомої наднової

Розпечена «піщана батарея» 3A тепер опалює невелике фінське містечко

4 Чи існують альфа-самці насправді?

5 наукових новин цього тижня: ключова атлантична течія наближається до руйнування, найбільший у світі айсберг руйнується, а мозок миші переписує нейронауку

Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.