IBM เปิดตัวพิมพ์เขียวซูเปอร์คอมพิวเตอร์เชิงควอนตัมรายแรกสำหรับการผสานรวม HPC

Alvin Lang 12 มี.ค. 2026 21:13

IBM เปิดตัวสถาปัตยกรรมอ้างอิงรายแรกในอุตสาหกรรมสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์เชิงควอนตัม ช่วยให้สามารถผสานรวม QPU กับโครงสร้างพื้นฐาน HPC ที่มีอยู่และตัวเร่งแบบคลาสสิก

IBM เปิดตัวพิมพ์เขียวซูเปอร์คอมพิวเตอร์เชิงควอนตัมรายแรกสำหรับการผสานรวม HPC

IBM เปิดตัวสถาปัตยกรรมอ้างอิงที่ตีพิมพ์รายแรกสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์เชิงควอนตัมเมื่อวันที่ 12 มีนาคม 2026 โดยให้พิมพ์เขียวทางเทคนิคสำหรับการผสานรวมหน่วยประมวลผลควอนตัมกับโครงสร้างพื้นฐานคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่มีอยู่ กรอบการทำงานนี้แก้ไขความต้องการที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากเวิร์กโฟลว์แบบไบรด์ควอนตัม-คลาสสิกแสดงผลลัพธ์ที่เทียบเคียงได้กับวิธีการคลาสสิกชั้นนำสำหรับปัญหาฟิสิกส์และเคมี

สถาปัตยกรรมนี้สรุปวิธีที่ QPU สามารถทำงานควบคู่กับ CPU และ GPU ในสภาพแวดล้อม HPC สมัยใหม่โดยไม่ต้องใช้สแต็กคอมพิวเตอร์ใหม่ทั้งหมด IBM ออกแบบให้เป็นแบบโมดูลาร์และประกอบได้ โดยอาศัยซอฟต์แวร์เปิด อินเทอร์เฟซมาตรฐาน และการกำหนดค่าที่เชื่อมต่อกับเวิร์กโฟลว์และตัวจัดตารางที่มีอยู่

การใช้งานจริงที่ดำเนินการอยู่แล้ว

นี่ไม่ใช่ทฤษฎี IBM ได้ใช้งานเวอร์ชันแรกๆ ที่สภาพแวดล้อมซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของ RIKEN และผสานรวมกับระบบ Fugaku ของญี่ปุ่นแล้ว ซึ่งเป็นเครื่องที่มีโหนดคลาสสิก 152,064 โหนด งานร่วมกันระหว่าง Cleveland Clinic และ IBM ใช้เวิร์กโฟลว์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เชิงควอนตัมเพื่อทำนายพลังงานสัมพัทธ์ของคอนฟอร์เมอร์สองตัวของมินิโปรตีน Trp-cage ที่มี 300 อะตอม ขยายการจำลองควอนตัมไปยัง 33 ออร์บิทัลและจับคู่ความแม่นยำของวิธีการคลัสเตอร์คู่

ความร่วมมืออื่นตรวจสอบโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลครึ่ง-Möbius โดยมีผลลัพธ์เผยแพร่ใน Science ปัญหาเหล่านี้ไม่ใช่ปัญหาของเล่น แต่เป็นตัวแทนของระบบที่มีความหมายทางวิทยาศาสตร์ที่ผลักดันขอบเขตการคำนวณ

สแต็กสถาปัตยกรรม 4 ชั้น

สถาปัตยกรรมอ้างอิงแบ่งออกเป็นชั้นที่แตกต่างกัน ชั้นแอปพลิเคชันจัดการไลบรารีการคำนวณที่แยกย่อยปัญหาเป็นส่วนประกอบที่เปิดใช้งานในสภาพแวดล้อมต่างๆ ที่นี่ ไลบรารีคลาสสิกและควอนตัมเตรียม ปรับให้เหมาะสม และประมวลผลหลังภาระงานควอนตัมเป็นวงจรเฉพาะสำหรับโดเมนแอปพลิเคชัน

มิดเดิลแวร์แอปพลิเคชันอยู่ด้านล่าง ซึ่งโปรโตคอลเช่น MPI และ OpenMP ทำงานควบคู่กับมิดเดิลแวร์ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับควอนตัม Qiskit v2.0 นำอินเทอร์เฟซฟังก์ชันต่างประเทศ C มาขยายการเปิดเผย Python ไปยังภาษาโปรแกรมอื่นๆ ในขณะที่ v2.1 แนะนำคำอธิบายกล่องที่ปรับแต่งได้สำหรับการสุ่มวงจรและการบรรเทาข้อผิดพลาด

ชั้นการประสานงานจัดการการจัดสรรทรัพยากรผ่านเครื่องมือเช่น Quantum Resource Management Interface (QRMI) ซึ่งเป็นไลบรารีโอเพนซอร์สที่แยกรายละเอียดเฉพาะฮาร์ดแวร์ สำหรับการใช้งานตัวจัดการภาระงาน Slurm ปลั๊กอิน SPANK ควอนตัมเปิดเผยทรัพยากรควอนตัมเป็นเอนทิตีที่สามารถจัดตารางได้ควบคู่กับทรัพยากรคลาสสิก

รายละเอียดโครงสร้างพื้นฐานฮาร์ดแวร์

ที่ฐานมีโครงสร้างพื้นฐานฮาร์ดแวร์สามระดับ ระดับในสุดประกอบด้วยระบบควอนตัมเอง ได้แก่ รันไทม์คลาสสิกพร้อม QPU ที่เชื่อมต่อผ่านการเชื่อมต่อแบบเรียลไทม์ ซึ่งรวมถึง FPGA, ASIC และ CPU ที่จัดการการถอดรหัสการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม การวัดกลางวงจร และการสอบเทียบคิวบิตภายในข้อจำกัดเวลาความสอดคล้อง

ระดับที่สองเพิ่มระบบ CPU และ GPU ที่ตั้งอยู่ร่วมกันซึ่งเชื่อมต่อผ่านการเชื่อมต่อที่มีเวลาแฝงต่ำเช่น RDMA over Converged Ethernet หรือ NVQLink สิ่งเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นชุดทดสอบการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม สนับสนุนกลยุทธ์การตรวจจับข้อผิดพลาดที่ใช้การคำนวณเข้มข้นเกินกว่าความสามารถดั้งเดิมของระบบควอนตัม

ระบบขยายขนาดของพันธมิตรเป็นระดับสุดท้าย ได้แก่ ทรัพยากรคลาวด์หรือออนเพรมิสที่จัดการภาระงานคลาสสิกที่มาพร้อมกับการดำเนินการ QPU วิธีการแบบโมดูลาร์นี้ทำให้เส้นทางสำหรับศูนย์ข้อมูลในการใช้งานระบบควอนตัมควบคู่กับคลัสเตอร์ที่มีอยู่ง่ายขึ้น

เหตุใดศูนย์ HPC ควรใส่ใจตอนนี้

เวลามีความสำคัญ เมื่ออัลกอริทึมควอนตัมเช่นการทแยงมุมควอนตัมแบบใช้ตัวอย่างถึงมาตราส่วนที่ท้าทายสำหรับวิธีการคลาสสิก นักวิทยาศาสตร์ในโดเมนต่างๆ เผชิญแรงกดดันในการรวมควอนตัมเข้าในชุดเครื่องมือของพวกเขา กลยุทธ์การบรรเทาและการแก้ไขข้อผิดพลาดใหม่เกี่ยวข้องกับความสามารถ HPC มากขึ้นเรื่อยๆ และการรอจนกว่าระบบทนต่อความผิดพลาดจะมาถึงหมายความว่าจะพลาดเส้นโค้งการเรียนรู้การผสานรวม

IBM กำหนดกรอบนี้เป็นกรอบการทำงานที่จะพัฒนาไปตลอดทศวรรษหน้าแทนที่จะเป็นพิมพ์เขียวที่กำหนดไว้สำหรับระบบปัจจุบัน ศูนย์ HPC ที่มีส่วนร่วมตอนนี้สามารถออกแบบร่วมระบบสำหรับแอปพลิเคชันที่มีผลกระทบสูงในขณะที่สร้างรากฐานที่ขยายไปสู่ความทนทานต่อความผิดพลาด สถาปัตยกรรมแก้ไขปัญหาเคมี วัสดุศาสตร์ และการเพิ่มประสิทธิภาพที่ไม่มีแนวทางการคำนวณเดียวจัดการได้เพียงลำพัง ซึ่งเป็นโดเมนที่ข้อได้เปรียบทางทฤษฎีของควอนตัมอาจแปลเป็นความสามารถในทางปฏิบัติในที่สุด

แหล่งที่มาของภาพ: Shutterstock