Квантовые виртуальные машины сократят вычисления с дней до часов

Американские исследователи из Колумбийского университета представили новую вычислительную технологию, которая позволяет нескольким людям одновременно запускать программы на квантовом компьютере.

Система, получившая название «HyperQ», представляет разновидность виртуальной технологии, которая сбалансирует рабочие нагрузки путем разделения физического оборудования квантового компьютера на несколько изолированных виртуальных машин, задачи которых распределяются виртуальным планировщиком. 

По словам разработчиков технологии из Колумбийского университета, этот планировщик объединяет несколько квантовых виртуальных машин для одновременной работы на разных компьютерах. Конечный результат — полноценный квантовый компьютер, способный поддерживать работу нескольких приложений, используемых несколькими людьми.

Типичные квантовые компьютеры на вентилях дороже двоичных аналогов. По данным Quantum Zeitgeist, расходы на исследования и разработку малогабаритной квантовой вычислительной системы составляют от $10 до $15 млн. Это не включает в себя расходы на обслуживание, составляющие более $1 млн ежегодно, а также стоимость разработки программного обеспечения и самих приложений. 

Однако, несмотря на высокие затраты, большинство квантовых компьютеров способны поддерживать исключительно однопользовательский режим из-за внутренней взаимосвязанности кубитов. Американские исследователи вдохновлялись технологией виртуализации, выступающей основой для облачных сервисов, таких как Amazon Web Services и Microsoft Azure. В классической вычислительной среде виртуальных машин программный уровень, называемый гипервизором или монитором виртуальных машин, распределяет неиспользуемые ресурсы между отдельными виртуальными машинами, работающими независимо друг от друга. 

Однако в квантовой среде разработчики вынуждены учитывать «шум» в квантовых сигналах, который может распространяться по всей системе. HyperQ решает эту проблему, изолируя каждую квантовую систему так называемым «буфером» из кубитов, которые остаются неактивными. Это позволяет избежать перекрестных помех.

Выполнение квантовых программ обычно осуществляется с помощью предполагаемого набора кубитов. HyperQ определяет оптимальные временные интервалы для каждого запроса пользователя и распределяет ресурсы как во времени, так и в пространстве, определяя, какие кубиты потребуются для каждого запроса и как долго они будут активны.

Предыдущие системы управления подобными виртуальными машинами требовали, чтобы пользователи создавали очередь, а система могла предварительно скомпилировать их запросы к исполнению. HyperQ облегчает использование, позволяя компилировать приложения независимо для квантовых виртуальных машин разного размера.

Команда протестировала свой программный слой HyperQ на квантовом компьютере IBM Brisbane — системе на базе 127-кубитных вентилей, построенной на чипсете Eagle. Согласно исследованию, HyperQ сократил среднее время ожидания пользователя до 40 раз, уменьшив срок выполнения проектов с «дней до нескольких часов». Кроме того, он позволил увеличить количество выполняемых квантовых программ до десяти раз.

Источник: LiveScience