Os cientistas de Oak Ridge recrutam a Quantum Brilliance para fazer supercomputadores brilharem em temperatura ambiente

O Oak Ridge National Laboratory (ORNL) está trabalhando com uma empresa chamada Quantum Brilliance na integração de sistemas quânticos e computação de alto desempenho (HPC) para lidar com questões científicas.

Com sede na Austrália Brilho Quântico (QB) foi fundada em 2019 a partir de pesquisas conduzidas na Australian National University. A empresa usa hardware baseado em diamante para produzir sistemas quânticos em temperatura ambiente e é apoiada por financiamento do governo do Território da Capital Australiana.

Esta aliança com a ORNL visa desenvolver uma plataforma conjunta para combinar computação quântica com HPC explorando a integração local do cluster de computação quântica da QB em sistemas de hardware clássicos implantados nas instalações da ORNL no Tennessee.

A aliança visa ser pioneira em novos métodos computacionais que exploram a computação paralela e híbrida, além de ferramentas de software para permitir que os usuários implementem esses métodos. Paralelo, neste caso, significa múltiplos processadores quânticos trabalhando juntos, enquanto híbrido é a combinação quântica e clássica.

A QB prevê que o projeto reunirá conhecimento que levará ao design de melhores sistemas de computação híbrida, juntamente com ferramentas de infraestrutura e know-how para gerenciá-los.

O diretor do Centro de Ciências Quânticas do ORNL, Dr. Travis Humble, afirmou que a computação quântica paralela tem potencial transformador tanto para descobertas científicas quanto para aplicações industriais que exigem HPC.

“A parceria com a Quantum Brilliance nos permite explorar a integração eficaz com nossos sistemas HPC existentes, abrindo caminho para avanços inovadores que irão informar o design da futura infraestrutura de HPC”, ele comemorou.

A tecnologia da Quantum Brilliance é baseada em computadores quânticos de diamante, que a empresa afirma poder operar em condições ambientais com sistemas de controle relativamente simples.

Cada nó processador em um de seus clusters é composto por um centro de vacância de nitrogênio, que na verdade é um defeito no diamante que compreende um átomo de nitrogênio “substitucional” adjacente a uma vacância, além de um cluster de spins nucleares.

De acordo com o whitepaper do QB (disponível para download), os spins nucleares agem como qubits, enquanto os centros de nitrogênio-vacância agem como “barramentos quânticos” que mediam a inicialização e a leitura dos qubits, além das comunicações para operações multi-qubit. A operação é controlada por meio de uma combinação de radiofrequência, micro-ondas, campos ópticos e magnéticos, o que não parece comparativamente simples para nós.

ORNL anunciou um estudo no mês passado, envolvendo mais de uma dúzia de cientistas para examinar estratégias potenciais para integrar a computação quântica com os sistemas de supercomputação mais poderosos do mundo na busca pela ciência.

Isso não menciona explicitamente o Quantum Brilliance, mas se refere aos centros de nitrogênio-vacância no diamante como uma das tecnologias de hardware que está sendo investigada.

Ele também menciona uma série de recursos de HPC disponíveis no Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF), incluindo o supercomputador Frontier, seu antecessor Cumee o testbed Advanced Computing Ecosystem (ACE). Este último é descrito como uma “caixa de areia centralizada” para implementar diversos recursos de computação e dados.

Quantum Brilliance contou O Registro que foi escolhido para este projeto pelo ORNL por causa de uma visão compartilhada para integrar aceleradores quânticos com hardware clássico.

“Ao contrário de outros sistemas quânticos que exigem resfriamento extensivo, alto vácuo ou configurações precisas de laser, nossos aceleradores quânticos compactos operam em condições ambientais, o que os torna ideais para implantação junto com processadores clássicos como CPUs, GPUs, FPGAs e ASICs”, disse Florian Preis, chefe de software e aplicações quânticas da empresa.

O QB também é um dos primeiros a adotar a estrutura de programação eXtreme-scale Accelerator (XACC) do ORNL, que foi projetada especificamente para arquiteturas híbridas de computação quântica-clássica, acrescentou.

O projeto está focado principalmente na exploração de aplicações em química, otimização e aprendizado de máquina, disse Preis, com ênfase inicial em química.

“Nossa abordagem nesses domínios é centrada em uma estratégia de ‘dividir e conquistar’. Por exemplo, em nossa aplicação química, planejamos explorar métodos que quebram moléculas maiores em fragmentos menores”, explicou.

“Ao distribuir os cálculos desses fragmentos entre vários aceleradores quânticos, podemos efetivamente paralelizar o processo, o que se alinha com nossa visão mais ampla de computação quântica massivamente paralela.”

O CEO Mark Luo afirmou que a união com a ORNL representa um passo para levar a computação quântica para aplicações práticas.

“Ao integrar o primeiro cluster do mundo de QPUs de temperatura ambiente com a infraestrutura HPC líder do ORNL, pretendemos demonstrar os benefícios da computação quântica paralela. Este é um marco crítico para alcançar aceleradores quânticos massivamente paralelizados, que acreditamos que serão a arquitetura preferida em centros de HPC”, disse ele.

O RegistroO editor da APAC, Simon Sharwood, falou com o ex-CEO da Quantum Brilliance sobre seu hardware exótico em 2021. ®