Совместная группа учёных из IBM и японского института RIKEN совершила прорыв в области интеграции квантовых и суперкомпьютерных технологий (Quantum-Centric Supercomputing, QCSC). Впервые был реализован замкнутый вычислительный контур, где квантовый процессор и суперкомпьютер, расположенные рядом, непрерывно обменивались промежуточными данными в реальном времени, совместно решая единую задачу.
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4/3DNews
До настоящего момента квантовые компьютеры редко применялись для решения практических задач. Более того, в гибридных схемах с суперкомпьютерами обмен данными между ними происходил поэтапно, с длительными паузами. Это приводило к неизбежным простоям каждой из систем в ожидании результатов от другой, что является недопустимой расточительностью с учётом огромной стоимости их машинного времени. Специалистам IBM и RIKEN впервые удалось организовать бесшовное взаимодействие принципиально различных вычислительных платформ, наладив постоянный обмен информацией внутри каждого шага вычислений.
Американские и японские исследователи объединили в гибридную систему суперкомпьютер (включающий 158 976 узлов, что составляет почти 7,3 миллиона ядер ARM) и квантовый компьютер IBM Quantum System Two с процессором Heron на 133 кубита. Это первый случай столь тесной интеграции классического высокопроизводительного комплекса и квантовой вычислительной машины подобного масштаба.
Эксперимент был посвящён моделированию электронной структуры двух сложных молекул на основе железа и серы, играющих важную роль в биохимии и катализе. Понимание распределения электронных оболочек позволяет предсказывать поведение молекул в различных условиях. Для расчётов использовался метод «квантовой диагонализации на основе выборок» (Sample-based Quantum Diagonalization, SQD): квантовый процессор генерировал сэмплы из пространства состояний молекулы, а Fugaku обрабатывал эти массивы данных классическими методами и уточнял результаты в итеративном режиме.
В результате была выполнена крупнейшая и наиболее точная на сегодняшний день квантово-химическая симуляция. Её точность превзошла возможности точных классических методов (которые для подобных систем неприменимы) и оказалась сравнима с лучшими приближёнными классическими подходами.
Это достижение по праву можно назвать первым реальным применением идеи суперкомпьютерных вычислений, тесно связанных с функционированием квантовых устройств. Созданный замкнутый цикл обработки данных позволил организовать оперативное взаимодействие между квантовым и классическим сегментами системы, что является ключевым условием для продуктивного использования ресурсов обоих типов.
Специалисты RIKEN и IBM подчеркнули, что такое объединение прокладывает дорогу для подключения к вычислительной системе дополнительных ускорителей (например, графических процессоров) и приближает момент обретения подлинного квантового преимущества в практически значимых химических и физических исследованиях. Данный результат крайне важен для развития гибридных вычислений. Он закладывает фундамент для расширения подобных платформ, в том числе облачных гибридных сред, и стимулирует научные изыскания в области материаловедения, разработки лекарств и энергетики, где точное воспроизведение молекулярных процессов имеет решающее значение.
