Национальная лаборатория Оук-Ридж (ORNL) запустила гибридную платформу, где 120-кубитные квантовые процессоры IBM работают вместе с CPU и GPU AMD. Её главная задача — коррекция ошибок кубитов, без которой квантовые машины пока остаются скорее лабораторным прибором, чем вычислительным инструментом для науки и бизнеса. Для российской IT-аудитории это ещё один наглядный сигнал: гонка идёт не только за числом кубитов, но и за инфраструктурой, способной быстро обрабатывать их ошибки.
Платформу представил Quantum Science Center при ORNL, финансируемый Министерством энергетики США, сообщает The Register. В одной системе соединили IBM Quantum System Two с процессорами Nighthawk r2 на 120 кубитов и классический комплекс Umbra: он построен на AMD EPYC пятого поколения и GPU Instinct MI355X. Дополняют конфигурацию SoC AMD Versal, которым отведены задачи низколатентного управления, считывания состояния кубитов и декодирования результатов.
Квантовый процессор без классического контура не справится
Кубит чрезвычайно чувствителен к шуму среды. Тепловые колебания, помехи в управляющей электронике и ошибки измерения разрушают квантовое состояние раньше, чем алгоритм успевает закончить расчёт. Коррекция ошибок кубитов не устраняет физические ошибки одним магическим патчем: она кодирует один логический кубит в группе физических и по косвенным измерениям пытается понять, где именно произошёл сбой. Это требует непрерывной обработки больших потоков данных с очень жёсткими требованиями к задержке.
Именно здесь появляется привычный HPC-слой. EPYC должны координировать работу комплекса и выполнять универсальные вычисления, а Instinct MI355X — ускорять моделирование, оптимизацию и параллельные научные расчёты вокруг квантовой задачи. Versal берут на себя наиболее чувствительный ко времени участок между управляющими сигналами и декодером. Иными словами, ORNL тестирует не абстрактный «квантовый компьютер будущего», а полный контур: квантовый процессор, контроллеры, ПО и классические ускорители, которые должны успевать реагировать на ошибки в ходе вычисления.
Директор Quantum Science Center Трэвис Хамбл назвал решение проблем коррекции ошибок необходимым условием для превращения квантовых вычислений в практический инструмент научных исследований. Директор IBM Research Джей Гамбетта сформулировал ситуацию ещё жёстче: вопрос уже не в том, работает ли коррекция вообще, а в том, как ускорить и оптимизировать её для систем, которыми смогут пользоваться учёные. Такой сдвиг важен: демонстрация принципа и масштабируемая инженерная система — совсем разные стадии проекта.
Ставка на двухуровневую защиту
Одним из направлений для экспериментов станет иерархическая коррекция. IBM описывает её как схему из двух уровней: внутренний код защищает кубиты внутри модуля, а внешний код добавляет ещё один уровень защиты уже для логических кубитов. По оценке исследователей IBM, такой подход потенциально способен довести вычисление до триллиона логических операций при физической ошибке примерно одна на тысячу. Это не обещание готовой машины и не показатель производительности Umbra, а исследовательская оценка для конкретного подхода, который ещё предстоит проверять на реальном оборудовании.
Для разработчиков квантовых алгоритмов ценность стенда — в возможности тестировать не только схему вычислений, но и её стоимость в классических ресурсах. Ошибка, которую нельзя декодировать достаточно быстро, превращает красивую теорию в бесполезный прототип. Для поставщиков инфраструктуры вывод не менее практичный: рынок квантовых систем всё больше зависит от сетей, ускорителей, ПЛИС и программных стэков. Кубиты не отменяют классические вычисления — на ближайших этапах они заметно увеличивают спрос на них.
Платформа также вписывается в программу Quantum Genesis Mission Министерства энергетики США. Среди её ориентиров — конкурс Q Competition, нацеленный на систему со 100 логическими кубитами и способностью выполнять сотни миллионов отказоустойчивых операций. Новый комплекс ORNL не означает, что такой компьютер уже создан: 120 физических кубитов и 100 логических кубитов — величины разных порядков с точки зрения инженерии. Но он даёт исследователям среду, в которой можно измерять реальную цену этого разрыва.
Ближайшая интрига теперь не в очередном рекорде по числу физических кубитов. Гораздо важнее, смогут ли IBM, AMD и ORNL показать воспроизводимый цикл «измерить ошибку — декодировать — скорректировать» с задержкой, достаточной для полезных алгоритмов. Если получится, коррекция ошибок кубитов станет не только темой научных статей, но и новой нагрузкой для HPC-архитекторов, разработчиков компиляторов и команд, которые строят вычислительные платформы.
