Thứ Ba tuần này, IBM và Riken, viện nghiên cứu quốc gia lớn nhất Nhật Bản, đã công bố việc hoàn thành một dự án hấp dẫn: xây dựng một siêu máy tính lai, nửa lượng tử, nửa thông thường, cho phép các kỹ sư và nhà nghiên cứu vượt qua ranh giới của ngành nhờ sự kết hợp giữa sức mạnh thô sơ và tính linh hoạt.
Dự án này tập trung vào Hệ thống lượng tử hai (QS2) của IBM. Đây là một nền tảng điện toán lượng tử khá khác thường, nổi bật chủ yếu vì tính mô-đun của nó: nó có thể được mở rộng theo ý muốn bằng cách thêm bộ xử lý lượng tử, hệ thống điều khiển, v.v. mới.
Tính năng này đặc biệt thú vị vì công nghệ lượng tử vẫn còn lâu mới hoàn thiện và vẫn đang phát triển khá nhanh. Đây vừa là tin rất tốt cho sự đổi mới vừa là vấn đề về mặt tích hợp, vì điều đó có nghĩa là phần cứng tiên tiến có khả năng trở nên lỗi thời trong tương lai gần. Thách thức đặt ra là đảm bảo rằng các nền tảng điện toán lượng tử có thể theo kịp và phát triển cùng với công nghệ này—và đó chính xác là những gì IBM đang cố gắng thực hiện với QS2 của mình.
Hiện tại, nó có bộ xử lý Heron, các thành phần siêu dẫn 156 qubit đại diện cho một sự thay đổi mô hình thực sự. Thật vậy, chúng được hưởng lợi từ một kiến trúc mới được thiết kế riêng để hỗ trợ các ứng dụng thực tế. Chúng không còn chỉ là các nền tảng thử nghiệm và thử nghiệm nhằm mục đích thúc đẩy điện toán lượng tử cơ bản; Những con chip này được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng khoa học thực tế, có mục tiêu, đặc biệt là nhờ tỷ lệ lỗi cực kỳ thấp của chúng.
Vì lý do này, ngày càng nhiều nhà nghiên cứu đang khám phá cái gọi là phương pháp lai, bao gồm việc kết hợp các khả năng tính toán truyền thống và lượng tử. Ý tưởng là để phần lượng tử xử lý các hoạt động rất cụ thể mà công nghệ này vượt trội, trong khi giao phó phần còn lại cho thành phần cổ điển. Chính nguyên tắc phân công lao động thông minh này khiến các hệ thống lai trở nên đầy hứa hẹn: nó cho phép tận dụng tối đa cả hai thế giới.
Đây là cái tên quen thuộc với những người hâm mộ điện toán hiệu suất cao và có lý do chính đáng: đây là một trong những siêu máy tính mạnh nhất hành tinh. Nó đã tự hào giữ vị trí hàng đầu thế giới trong hơn hai năm—một thời gian dài trong lĩnh vực liên tục phát triển này. Và ba năm sau khi mất ngôi vương, nó vẫn giữ vững vị trí trong top 10, ở vị trí thứ 7 tại thời điểm viết bài.
Các kỹ sư tại IBM và RIKEN đã kết hợp hai máy này bằng một mạng tốc độ rất cao hoạt động trực tiếp ở cấp độ hướng dẫn. Điều này có nghĩa là chúng không chỉ trao đổi dữ liệu; chúng được ghép nối ở cấp độ cơ bản nhất, cho phép chúng hoạt động cùng nhau như một.
QS2 và Fugaku cũng được ghép nối ở cấp độ phần mềm. Các kỹ sư đã trang bị cho bộ đôi này một loạt các chương trình và trình biên dịch chuyên dụng, có khả năng chia nhỏ từng bài toán thuật toán thành một thành phần lượng tử và một thành phần cổ điển. Sự tích hợp này cho phép phát triển các khối lượng công việc song song, đồng thời khai thác các lợi thế của điện toán thông thường và lượng tử.
Do đó, chúng tôi đang xử lý một máy lai hiệu suất cao đặc biệt, hoàn hảo để giải quyết các vấn đề đặc biệt khó khăn trong các lĩnh vực phức tạp khét tiếng như hóa học cấu trúc hoặc tối ưu hóa thuật toán. Hệ thống này đại diện cho một bước tiến lớn hướng tới tương lai mà điện toán lượng tử sẽ đóng góp theo cách rất cụ thể vào việc giải quyết các vấn đề lớn, bổ sung cho các siêu máy tính thông thường.
“Bằng cách kết hợp Fugaku và Quantum System Two, RIKEN có ý định đưa Nhật Bản vào kỷ nguyên mới của điện toán hiệu suất cao,” Tiến sĩ Mitsuhisa Sato, giám đốc Bộ phận Nền tảng HPC lượng tử lai của RIKEN cho biết. "Nhiệm vụ của chúng tôi là phát triển và chứng minh các quy trình làm việc lượng tử-HPC lai thực tế có thể được cộng đồng khoa học và ngành công nghiệp khám phá. Việc kết nối hai hệ thống này đưa chúng ta đến một bước quan trọng hướng tới hiện thực hóa tầm nhìn này", ông cho biết trong thông cáo báo chí đính kèm.
Và điều tuyệt vời nhất là Fugaku sẽ sớm giành lại vị trí của mình trong số những công ty ưu tú tuyệt đối trong lĩnh vực này. Vài tháng trước, chính phủ đã thông báo rằng máy sẽ được nâng cấp đáng kể, trong số những tính năng khác, có thể biến nó thành siêu máy tính zetascale đầu tiên trên thế giới. Do đó, có thể chắc chắn rằng nó sẽ tiếp tục đóng vai trò dẫn đầu trong thế giới điện toán hiệu suất cao.
Fugaku: Cựu vua siêu máy tính sẽ trở lại mạnh mẽ hơn bao giờ hết
Vẫn phải chờ xem phương pháp lai này thực sự có thể đưa điện toán lượng tử đi xa đến đâu. Để tìm hiểu, chúng ta sẽ phải theo dõi các siêu máy tính ưu tú khác. Ai mà biết được: có lẽ một số trong số chúng cũng sẽ được chuyển đổi thành các hệ thống lai như vậy trong những năm tới. Nếu vậy, tiện ích thực tế của điện toán lượng tử có thể tăng trưởng với tốc độ chóng mặt, do đó khởi động sự thay đổi mô hình được mong đợi từ lâu.
Dự án này tập trung vào Hệ thống lượng tử hai (QS2) của IBM. Đây là một nền tảng điện toán lượng tử khá khác thường, nổi bật chủ yếu vì tính mô-đun của nó: nó có thể được mở rộng theo ý muốn bằng cách thêm bộ xử lý lượng tử, hệ thống điều khiển, v.v. mới.
Tính năng này đặc biệt thú vị vì công nghệ lượng tử vẫn còn lâu mới hoàn thiện và vẫn đang phát triển khá nhanh. Đây vừa là tin rất tốt cho sự đổi mới vừa là vấn đề về mặt tích hợp, vì điều đó có nghĩa là phần cứng tiên tiến có khả năng trở nên lỗi thời trong tương lai gần. Thách thức đặt ra là đảm bảo rằng các nền tảng điện toán lượng tử có thể theo kịp và phát triển cùng với công nghệ này—và đó chính xác là những gì IBM đang cố gắng thực hiện với QS2 của mình.
Hiện tại, nó có bộ xử lý Heron, các thành phần siêu dẫn 156 qubit đại diện cho một sự thay đổi mô hình thực sự. Thật vậy, chúng được hưởng lợi từ một kiến trúc mới được thiết kế riêng để hỗ trợ các ứng dụng thực tế. Chúng không còn chỉ là các nền tảng thử nghiệm và thử nghiệm nhằm mục đích thúc đẩy điện toán lượng tử cơ bản; Những con chip này được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng khoa học thực tế, có mục tiêu, đặc biệt là nhờ tỷ lệ lỗi cực kỳ thấp của chúng.
Máy tính lai, một phương pháp có tiềm năng lớn
Nhưng điều này không có nghĩa là nó đã là một con chip đa năng, có khả năng cạnh tranh với các hệ thống thông thường. Mặc dù hiệu quả như vậy, bộ xử lý lượng tử này vẫn tiếp tục gặp phải một số hạn chế vốn có của máy tính lượng tử và do đó vẫn không hiệu quả hoặc thậm chí không sử dụng được cho các tác vụ khác mà máy tính thông thường hiệu quả hơn.Vì lý do này, ngày càng nhiều nhà nghiên cứu đang khám phá cái gọi là phương pháp lai, bao gồm việc kết hợp các khả năng tính toán truyền thống và lượng tử. Ý tưởng là để phần lượng tử xử lý các hoạt động rất cụ thể mà công nghệ này vượt trội, trong khi giao phó phần còn lại cho thành phần cổ điển. Chính nguyên tắc phân công lao động thông minh này khiến các hệ thống lai trở nên đầy hứa hẹn: nó cho phép tận dụng tối đa cả hai thế giới.
Sự hồi sinh lượng tử của Fugaku
Và đây chính xác là những gì IBM và RIKEN muốn thực hiện với dự án chung này. Điểm độc đáo của cơ sở này là Quantum System Two được tích hợp trực tiếp vào Fugaku, siêu máy tính đáng gờm của viện nghiên cứu Nhật Bản.Đây là cái tên quen thuộc với những người hâm mộ điện toán hiệu suất cao và có lý do chính đáng: đây là một trong những siêu máy tính mạnh nhất hành tinh. Nó đã tự hào giữ vị trí hàng đầu thế giới trong hơn hai năm—một thời gian dài trong lĩnh vực liên tục phát triển này. Và ba năm sau khi mất ngôi vương, nó vẫn giữ vững vị trí trong top 10, ở vị trí thứ 7 tại thời điểm viết bài.
Các kỹ sư tại IBM và RIKEN đã kết hợp hai máy này bằng một mạng tốc độ rất cao hoạt động trực tiếp ở cấp độ hướng dẫn. Điều này có nghĩa là chúng không chỉ trao đổi dữ liệu; chúng được ghép nối ở cấp độ cơ bản nhất, cho phép chúng hoạt động cùng nhau như một.
QS2 và Fugaku cũng được ghép nối ở cấp độ phần mềm. Các kỹ sư đã trang bị cho bộ đôi này một loạt các chương trình và trình biên dịch chuyên dụng, có khả năng chia nhỏ từng bài toán thuật toán thành một thành phần lượng tử và một thành phần cổ điển. Sự tích hợp này cho phép phát triển các khối lượng công việc song song, đồng thời khai thác các lợi thế của điện toán thông thường và lượng tử.
Do đó, chúng tôi đang xử lý một máy lai hiệu suất cao đặc biệt, hoàn hảo để giải quyết các vấn đề đặc biệt khó khăn trong các lĩnh vực phức tạp khét tiếng như hóa học cấu trúc hoặc tối ưu hóa thuật toán. Hệ thống này đại diện cho một bước tiến lớn hướng tới tương lai mà điện toán lượng tử sẽ đóng góp theo cách rất cụ thể vào việc giải quyết các vấn đề lớn, bổ sung cho các siêu máy tính thông thường.
“Bằng cách kết hợp Fugaku và Quantum System Two, RIKEN có ý định đưa Nhật Bản vào kỷ nguyên mới của điện toán hiệu suất cao,” Tiến sĩ Mitsuhisa Sato, giám đốc Bộ phận Nền tảng HPC lượng tử lai của RIKEN cho biết. "Nhiệm vụ của chúng tôi là phát triển và chứng minh các quy trình làm việc lượng tử-HPC lai thực tế có thể được cộng đồng khoa học và ngành công nghiệp khám phá. Việc kết nối hai hệ thống này đưa chúng ta đến một bước quan trọng hướng tới hiện thực hóa tầm nhìn này", ông cho biết trong thông cáo báo chí đính kèm.
Và điều tuyệt vời nhất là Fugaku sẽ sớm giành lại vị trí của mình trong số những công ty ưu tú tuyệt đối trong lĩnh vực này. Vài tháng trước, chính phủ đã thông báo rằng máy sẽ được nâng cấp đáng kể, trong số những tính năng khác, có thể biến nó thành siêu máy tính zetascale đầu tiên trên thế giới. Do đó, có thể chắc chắn rằng nó sẽ tiếp tục đóng vai trò dẫn đầu trong thế giới điện toán hiệu suất cao.
Fugaku: Cựu vua siêu máy tính sẽ trở lại mạnh mẽ hơn bao giờ hết
Vẫn phải chờ xem phương pháp lai này thực sự có thể đưa điện toán lượng tử đi xa đến đâu. Để tìm hiểu, chúng ta sẽ phải theo dõi các siêu máy tính ưu tú khác. Ai mà biết được: có lẽ một số trong số chúng cũng sẽ được chuyển đổi thành các hệ thống lai như vậy trong những năm tới. Nếu vậy, tiện ích thực tế của điện toán lượng tử có thể tăng trưởng với tốc độ chóng mặt, do đó khởi động sự thay đổi mô hình được mong đợi từ lâu.
