Квантові віртуальні машини скоротять обчислення з днів до годин

Американські дослідники з Колумбійського університету представили нову обчислювальну технологію, яка дозволяє кільком людям одночасно запускати програми на квантовому комп’ютері.

Система, що отримала назву “HyperQ” представляє різновид віртуальної технології, яка збалансовує робочі навантаження шляхом поділу фізичного обладнання квантового комп’ютера на кілька ізольованих віртуальних машин, задачі яких розподіляються віртуальним планувальником. 

За словами розробників технології з Колумбійського університету, цей планувальник об’єднує кілька квантових віртуальних машин для одночасної роботи на різних комп’ютерах. Кінцевий результат — повноцінний квантовий комп’ютер, здатний підтримувати роботу кількох застосунків, що використовуються кількома людьми.

Типові квантові комп’ютери на вентилях дорожчі за двійкові аналоги. За даними Quantum Zeitgeist, витрати на дослідження та розробку малогабаритної квантової обчислювальної системи становлять від $10 до $15 млн. Це не включає в себе витрати на обслуговування, які складають понад $1 млн щорічно, а також вартість розробки програмного забезпечення і самих застосунків. 

Однак, попри високі затрати, більшість квантових комп’ютерів здатні підтримувати виключно однокористувацький режим через внутрішню взаємопов’язаність кубітів. Американські дослідники надихались технологією віртуалізації, що виступає основою для хмарних сервісів, таких як Amazon Web Services та Microsoft Azure. У класичному обчислювальному середовищі віртуальних машин програмний рівень, що зветься гіпервізором або монітором віртуальних машин, розподіляє ресурси, що не використовуються, між окремими віртуальними машинами, які працюють незалежно одна від одної. 

Однак у квантовому середовищі розробники змушені враховувати “шум” у квантових сигналах, який може поширюватись по всій системі. HyperQ вирішує цю проблему, ізолюючи кожну квантову систему так званим “буфером” з кубітів, які залишаються неактивними. Це дозволяє уникнути перехрестних перешкод.

Виконання квантових програм зазвичай здійснюється за допомогою передбачуваного набору кубітів. HyperQ визначає оптимальні часові інтервали для кожного запиту користувача і розподіляє ресурси як у часі, так і в просторі, визначаючи, які кубити будуть потрібні для кожного запиту і як довго вони будуть активні.

Попередні системи керування подібними віртуальними машинами вимагали, щоб користувачі утворювали чергу, а система могла попередньо скомпілювати їх запити до виконання. HyperQ полегшує використання, дозволяючи компілювати програми незалежно для квантових віртуальних машин різного розміру.

Команда протестувала свій програмний шар HyperQ на квантовому комп’ютері IBM Brisbane — системі на базі 127-кубітних вентилів, побудованої на чіпсеті Eagle. Згідно з дослідженням, HyperQ скоротив середній час очікування користувача до 40 разів, зменшивши термін виконання проєктів з «днів до декількох годин». Крім того, він дозволив збільшити кількість квантових програм, що виконуються, до десяти разів.

Джерело: LiveScience