Kvantna budućnost stiže uz pomoć GPU-a: AMD pomiče granice simulacije kvantnih računala

Dok svijet čeka dolazak praktičnih kvantnih računala sposobnih za rješavanje problema izvan dosega današnjih sustava, istraživači se i dalje uvelike oslanjaju na klasična superračunala za razvoj i provjeru kvantnih algoritama. Upravo zato simulacija kvantnih sustava predstavlja jedan od najvažnijih koraka na putu prema kvantnoj budućnosti.

Posljednjih mjeseci, AMD je predstavio dva značajna postignuća koja pokazuju koliko su moderne GPU platforme postale moćne za takve zadatke. U suradnji s tvrtkom BlueQubit, AMD je demonstrirao simulaciju kvantnog sustava s 34 kubita na jednom AMD Instinct MI300X akceleratoru. Ubrzo nakon toga, suradnja s timom koji razvija otvorenu platformu Qibo pomaknula je granicu još dalje, omogućujući simulaciju sustava od 35 kubita na jednom GPU-u.

Na prvi pogled, razlika između 34 i 35 kubita može se činiti zanemarivom. Međutim, upravo se tu krije jedna od najvećih osobitosti kvantnog računalstva. Za razliku od klasičnih računala, gdje povećanje broja bitova općenito donosi linearno povećanje količine podataka, kod kvantnih sustava svaki novi kubit udvostručuje broj mogućih stanja koja simulator mora pratiti.

Drugim riječima, sustav od 35 kubita zahtijeva samo nekoliko posto više resursa od sustava od 34 kubita. Potrebno mu je gotovo dvostruko više memorije i računalne snage. Stoga se u svijetu kvantnih simulacija napredak ne mjeri u desecima ili stotinama kubita, već često u pojedinačnim koracima od samo jednog dodatnog kubita.

Memorija je najveći izazov. Kako bi se vjerno simulirao kvantni sustav, računalo mora istovremeno pohranjivati ​​informacije o svim mogućim stanjima tog sustava. Kako se broj kubita povećava, količina potrebne memorije raste eksponencijalno. Već s nekoliko desetaka kubita govorimo o desecima, pa čak i stotinama gigabajta podataka koji moraju biti dostupni u svakom trenutku.

Zato su moderni GPU ubrzivači poput AMD Instinct MI300X postali posebno zanimljivi istraživačima. Osim ogromne računalne snage, imaju i izuzetno veliki kapacitet HBM memorije visokog protoka. Upravo ta kombinacija omogućuje smještaj cijelog kvantnog stanja unutar jednog ubrzivača, bez potrebe za sporijom komunikacijom između više uređaja ili računalnih čvorova.

Takav pristup donosi niz prednosti. Simulacije se izvode brže, troše manje energije i omogućuju istraživačima eksperimentiranje sa složenijim kvantnim algoritmima nego što je to prije bilo moguće. Istovremeno, složenost razvoja softvera se smanjuje jer cijeli problem može ostati unutar jednog hardverskog sustava.

Kvantna računala koriste principe kvantne mehanike za obradu informacija na način koji nije moguć s tradicionalnim računalima. Međutim, današnji kvantni sustavi i dalje su ograničeni brojem kubita, pouzdanošću i stopom pogrešaka. Upravo zato simulacija na klasičnom hardveru ostaje ključni alat za razvoj novih algoritama, testiranje softvera i validaciju rezultata prije nego što se izvrše na pravom kvantnom računalu.

Upravo tu na scenu stupaju rješenja poput BlueQubita i Qibe. Obje platforme omogućuju istraživačima eksperimentiranje sa složenim kvantnim sklopovima koristeći postojeću infrastrukturu visokoučinkovitog računalstva. Dok BlueQubit razvija napredne alate za simulaciju velikih kvantnih sustava, Qibo predstavlja otvoreni softverski okvir namijenjen simulaciji i upravljanju kvantnim računalima, optimiziran za rad na modernim hardverskim ubrzivačima.

Rezultati ovih projekata pokazuju da napredak kvantnog računalstva danas uvelike ovisi o razvoju klasičnih računalnih platformi. Moderni grafički procesori (GPU) više nisu samo alati za umjetnu inteligenciju, znanstvene simulacije ili analizu velikih skupova podataka. Sve više postaju ključna infrastruktura za istraživanje koja će oblikovati buduću generaciju računalnih sustava.

Takvi rezultati također potvrđuju rastući trend povezivanja visokoučinkovitog računalstva, umjetne inteligencije i kvantnih tehnologija. Umjesto da ih promatraju kao zasebna područja, sve više istraživača govori o hibridnoj budućnosti u kojoj će klasični procesori, GPU akceleratori i kvantna računala zajednički rješavati najzahtjevnije znanstvene i industrijske izazove.

Iako će proći godine prije nego što kvantno računalstvo postane široko dostupno, najnoviji rezultati tvrtki AMD, BlueQubit i Qiba pokazuju da se temelji za tu budućnost grade već danas. Svaki novi kubit koji se uspije simulirati predstavlja više od tehničkog zapisa – predstavlja korak bliže razumijevanju i izgradnji računalnih sustava koji bi jednog dana mogli promijeniti način na koji rješavamo najsloženije probleme modernog svijeta.