Một bước tiến lớn vừa được công bố bởi các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Siêu máy tính Jülich (JSC), nơi đặt siêu máy tính Jupiter, với sự hợp tác của các chuyên gia Nvidia. Thành tựu này được đánh giá là “đẩy siêu máy tính truyền thống đến giới hạn vật lý,” một cột mốc quan trọng trong việc phát triển các thuật toán trước khi máy tính lượng tử thực sự đi vào ứng dụng.
Trong bối cảnh máy tính lượng tử vẫn còn trong giai đoạn phát triển ban đầu, việc mô phỏng lượng tử trên các siêu máy tính truyền thống đóng vai trò then chốt. Nó cung cấp một nền tảng thử nghiệm cho các công nghệ lượng tử tương lai, cho phép các nhà khoa học khám phá các phương pháp mô hình hóa phân tử như Variableal Quantum Eigensolver (VQE) hoặc Thuật toán tối ưu hóa xấp xỉ lượng tử (QAOA). Điều này đặc biệt quan trọng trước khi các bộ xử lý lượng tử có thể chạy chúng một cách đáng tin cậy.
Qubit, hay bit lượng tử, là đơn vị thông tin cơ bản trong máy tính lượng tử, tương tự như bit trong máy tính thông thường nhưng mạnh mẽ hơn nhiều. Thay vì chỉ có hai trạng thái 0 hoặc 1, qubit có thể đồng thời tồn tại ở cả hai trạng thái nhờ hiện tượng chồng chập lượng tử. Khi nhiều qubit được liên kết lượng tử, chúng có khả năng xử lý song song hàng triệu khả năng cùng một lúc. Đặc tính này mang lại cho máy tính lượng tử tiềm năng vượt trội so với máy tính truyền thống trong các lĩnh vực như mô phỏng vật liệu, mật mã học và trí tuệ nhân tạo (AI).
Tuy nhiên, việc mô phỏng mạch lượng tử trên các máy tính cổ điển là một thách thức lớn. Mỗi qubit được thêm vào sẽ tăng gấp đôi yêu cầu về bộ nhớ và tính toán, tạo ra sự gia tăng theo cấp số nhân, nhanh chóng vượt quá khả năng xử lý của cả những phần cứng tiên tiến nhất. Ví dụ, một máy tính xách tay có thể sử dụng bộ mô phỏng máy tính lượng tử để xử lý khoảng 30 qubit. Nhưng để mô phỏng 50 qubit, cần đến 2 petabyte bộ nhớ và sự phối hợp hoàn hảo của Nvidia DGX GH200, siêu chip hiện đang được trang bị trong Jupiter. Giáo sư Kristel Michielsen của JSC nhấn mạnh: “Chỉ những siêu máy tính lớn nhất thế giới mới có thể đáp ứng được khả năng này, minh chứng cho sự gắn kết chặt chẽ giữa tiến bộ trong điện toán hiệu năng cao và nghiên cứu lượng tử.”
Các chuyên gia cho biết bộ mô phỏng 50 qubit của JSC, có tên Jülich Universal Quantum Computer Simulator (JUQCS), có khả năng tái tạo chính xác các đặc tính vật lý của bộ xử lý lượng tử thực sự. Mỗi cổng lượng tử tác động đến hơn 2.000 tỷ số phức, và tất cả chúng đều được đồng bộ hóa trên hàng nghìn nút tính toán. Quy mô này khiến những mô phỏng trước đây trở nên bất khả thi.
Phiên bản mới nhất của JUQSC, JUQCS-50, tận dụng kiến trúc bộ nhớ lai của GH200, cho phép tạm thời chuyển dữ liệu từ bộ nhớ GPU sang bộ nhớ CPU với mức giảm hiệu suất tối thiểu. Một phương pháp nén mã hóa byte mới giúp giảm nhu cầu bộ nhớ xuống gấp 8 lần, trong khi thuật toán động liên tục tối ưu hóa việc truyền dữ liệu giữa hơn 16.000 GH200 trong quá trình mô phỏng.
Giáo sư Hans De Raedt, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, cho biết: “Với JUQCS-50, chúng tôi có thể mô phỏng máy tính lượng tử phổ thông với độ trung thực cao và giải quyết những câu hỏi mà chưa có bộ xử lý lượng tử nào hiện tại có thể giải quyết được.”
Mô phỏng này sẽ được tích hợp vào Cơ sở hạ tầng thống nhất Jülich về điện toán lượng tử (JUNIQ), nơi các nhà nghiên cứu và các công ty bên thứ ba có thể tiếp cận công cụ này. JUQCS-50 được định hướng trở thành một công cụ nghiên cứu và là chuẩn mực cho các siêu máy tính thế hệ tiếp theo trong lĩnh vực mô phỏng lượng tử.
Jupiter là siêu máy tính “exascale” đầu tiên của châu Âu, có khả năng thực hiện ít nhất một tỷ tỷ phép tính mỗi giây. Siêu máy tính này được đặt trong một trung tâm rộng khoảng 3.600 m2, tương đương một nửa sân bóng đá, chứa các giá đỡ bộ xử lý và khoảng 24.000 chip Nvidia, loại chip được ưa chuộng trong ngành công nghiệp AI. Một nửa trong số 580 triệu đô la Mỹ để phát triển và vận hành hệ thống trong vài năm tới đến từ Liên minh châu Âu, phần còn lại do Đức cung cấp. Các nhà nghiên cứu và công ty hoạt động trong nhiều lĩnh vực có thể tiếp cận sức mạnh tính toán khổng lồ của cỗ máy này để đào tạo các mô hình AI. Jupiter là siêu máy tính đầu tiên có thể cạnh tranh trên trường quốc tế trong việc đào tạo các mô hình AI ở châu Âu, một lĩnh vực mà châu lục này đang tụt hậu so với Mỹ và Trung Quốc.
Admin
Nguồn: VnExpress
