La computación cuántica entra en una nueva era en la que el progreso será impulsado por la integración de la computación acelerada tradicional con los procesadores cuánticos. El hardware que controla y mide la unidad de procesamiento cuántico (QPU) se enfrenta a exigentes requisitos computacionales, que van desde la calibración en tiempo real hasta la decodificación de la corrección de errores cuánticos (QEC). Para abordar estos desafíos, Nvidia presenta la arquitectura (NVQLink), que lleva el poder de la computación acelerada al núcleo del sistema cuántico.
محتويات المقالة:
- Desafíos de la computación cuántica
- Presentación de NVQLink: Un puente entre dos mundos
- Arquitectura NVQLink: La unidad de procesamiento cuántico lógica
- Interconexión en tiempo real: La velocidad es clave
- Programación unificada con CUDA-Q
- Aplicaciones en el mundo real: Asociación con Quantinuum
- El futuro de la computación cuántica acelerada
- Preguntas frecuentes
Desafíos de la computación cuántica
Las aplicaciones cuánticas útiles requieren una corrección de errores cuánticos (QEC) y una calibración en escalas que solo pueden gestionarse integrando estrechamente los últimos avances en computación acelerada. Los cúbits (las unidades básicas de información cuántica) son extremadamente frágiles y propensos a errores, lo que hace que la (QEC) sea esencial para construir ordenadores cuánticos confiables. Este proceso requiere cálculos complejos que deben realizarse en tiempo real, lo que supera las capacidades de los sistemas de control tradicionales.
Presentación de NVQLink: Un puente entre dos mundos
(NVQLink) es una arquitectura de plataforma abierta que conecta estrechamente un host de supercomputación tradicional (como un servidor equipado con unidades de procesamiento gráfico de Nvidia) y un controlador de sistema cuántico (QSC). Está diseñada para funcionar con los sistemas de control actuales ya utilizados en la industria, independientemente del tipo de tecnología cuántica empleada (como superconductores o iones atrapados).
El objetivo es simple pero transformador: hacer que el nodo de supercomputación sea una parte nativa del entorno de la unidad de procesamiento cuántico, acelerando la capacidad de cálculo del hardware cuántico. (NVQLink) introduce la computación acelerada en la pila cuántica, permitiendo que las super-GPUs actuales admitan cargas de trabajo en línea de la propia QPU.
Arquitectura NVQLink: La unidad de procesamiento cuántico lógica
La arquitectura (NVQLink) define un modelo de máquina conocido como la QPU lógica (Logical QPU). Se trata de un sistema completo que abarca los cúbits físicos, su electrónica de control y lectura, y los recursos computacionales necesarios para cargas de trabajo en línea como la decodificación de (QEC).
Este sistema híbrido combina el mundo del control cuántico coherente con el de la supercomputación tradicional avanzada. En un lado se encuentra el host en tiempo real (un nodo de computación acelerada) y en el otro el controlador del sistema cuántico (QSC) de un tercero.
Interconexión en tiempo real: La velocidad es clave
Estos dos componentes están conectados por una interconexión en tiempo real, una red de baja latencia y alto ancho de banda que permite que la computación opere dentro de la ventana de tiempo de ejecución del hardware cuántico.
Esta interconexión se implementa utilizando la tecnología (RDMA over Converged Ethernet (RoCE)), un estándar de redes. Las pruebas realizadas con componentes disponibles comercialmente mostraron una latencia de extremo a extremo de 3.84 microsegundos (promedio). Este nivel de latencia es lo suficientemente bajo para las tareas de decodificación de (QEC) actuales y futuras.
Programación unificada con CUDA-Q
Para el programador de aplicaciones, la QPU lógica se presenta como un nuevo tipo de hardware heterogéneo compatible con la plataforma (NVIDIA CUDA-Q). Esta disposición permite a los desarrolladores escribir un único programa, utilizando la sintaxis estándar de (C++) o Python, que expresa tanto los núcleos cuánticos como las llamadas al host en tiempo real.
La nueva función (cudaq::device_call) dentro de (CUDA-Q) permite que los núcleos cuánticos llamen directamente a funciones de la GPU o de la CPU y reciban los resultados en cuestión de microsegundos.
Aplicaciones en el mundo real: Asociación con Quantinuum
(NVQLink) ya está siendo adoptada por líderes del ecosistema de la computación cuántica. El fabricante de unidades de procesamiento cuántico (Quantinuum) anunció que sus futuros procesadores se desplegarán utilizando (NVQLink), y la QPU (Helios), anunciada recientemente, se ha implementado con (NVIDIA GH200 Grace Hopper) como host en tiempo real.
El servidor (GH200) se utiliza para la corrección de errores cuánticos en tiempo real. La colaboración entre Nvidia y (Quantinuum) demostró esta capacidad al decodificar un código de (QEC) de alta tasa en un tiempo promedio de 67 microsegundos, lo que permite la corrección de errores en tiempo real y logra una mejora de 5.4 veces en la tasa de error lógico.
El futuro de la computación cuántica acelerada
A través de estas innovaciones, (NVQLink) transforma la QPU de un dispositivo periférico al que se accede mediante una interfaz de programación lenta en un par de primer nivel dentro de una supercomputación. Permite que la computación cuántica y la tradicional convivan en un sistema único con limitaciones de latencia, constituyendo un verdadero ordenador cuántico superhíbrido acelerado. Este éxito temprano demuestra el potencial de (NVQLink) para acelerar el surgimiento de la computación cuántica tolerante a fallos.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la computación cuántica?
Es un nuevo tipo de computación que utiliza los principios de la mecánica cuántica (como la superposición y el entrelazamiento) para realizar cálculos sumamente complejos que superan las capacidades de los ordenadores tradicionales.
¿Qué es la corrección de errores cuánticos (QEC)?
Son técnicas utilizadas para proteger la información cuántica de los errores causados por el ruido y la pérdida de coherencia, lo cual es indispensable para construir ordenadores cuánticos confiables.
¿Qué es la arquitectura NVQLink?
Es una arquitectura desarrollada por Nvidia para conectar las supercomputadoras tradicionales (equipadas con unidades de procesamiento gráfico) directamente con los sistemas de control cuántico con una latencia muy baja, con el fin de acelerar tareas críticas como la (QEC).
