Kwantumchip en GPU werken nu naadloos samen dankzij nieuwe NVIDIA-link

Kwantumcomputers gelden als veelbelovend, maar ze zijn nog altijd notoir lastig te programmeren. Onderzoekers moeten doorgaans met de hand precieze stuursignalen schrijven om de kwetsbare rekeneenheden, qubits genoemd, aan te sturen. Dat vergt jarenlange specialistische kennis. Het bedrijf Quantum Machines, gespecialiseerd in besturingssystemen voor kwantumhardware, zegt die drempel nu te hebben verlaagd. Deze week demonstreerde het bedrijf op de vakbeurs IEEE Quantum Week in Toronto een programma dat in één keer werk verdeelt over een kwantumprocessor, gewone processoren (CPU's) en grafische chips (GPU's).

Eén programma, drie soorten chips

De sleutel tot de demonstratie is CUDA-Q, een open platform van chipfabrikant NVIDIA waarmee ontwikkelaars in gangbare programmeertalen zoals Python of C++ code kunnen schrijven die zowel klassieke computers als kwantumcomputers aansturen. Voorheen moest een deel van die code apart en foutgevoelig worden vertaald naar laagdrempelige stuurcommando's. Met CUDA-Q gebeurt dat automatisch: de software bepaalt zelf welk deel van een taak naar de qubits gaat en welk deel naar reguliere rekenchips. Quantum Machines bouwde deze mogelijkheid in zijn eigen besturingsplatform, waarmee het bedrijf normaal gesproken de signalen regelt die qubits aansturen en uitlezen.

Microseconden zijn cruciaal

Wat de proef technisch bijzonder maakt, is de snelheid van de verbinding. Metingen van de qubits moeten razendsnel bij de klassieke chips terechtkomen, waarna beslissingen net zo snel terug moeten naar de kwantumhardware. In de test van Quantum Machines gebeurde die hele uitwisseling in ongeveer een miljoenste van een seconde. Die snelheid is essentieel voor toekomstige toepassingen zoals kwantumfoutcorrectie, waarbij fouten in qubits vrijwel direct moeten worden gedetecteerd en gecorrigeerd om betrouwbare berekeningen mogelijk te maken. Die razendsnelle koppeling wordt geleverd door NVQLink, een nieuwe verbindingstechnologie van NVIDIA die specifiek is ontworpen om kwantumcontrollers en GPU's met minimale vertraging te laten communiceren.

Yonatan Cohen, technisch directeur van Quantum Machines, vergelijkt de ontwikkeling met de vroege dagen van grafische kaarten. Die werden ooit gebouwd voor een kleine groep specialisten in laboratoria, maar groeiden uit tot een standaardonderdeel van vrijwel elke computer. Volgens Cohen doorloopt de kwantumprocessor nu een vergelijkbaar traject: van exotisch labinstrument naar een rekenbron die gewone software gewoon kan aanroepen wanneer nodig. Sam Stanwyck, directeur kwantumproducten bij NVIDIA, noemt de combinatie van qubits met GPU-supercomputers een blauwdruk voor hoe toekomstige supercomputers eruit zullen zien.

Voor de kwantumsector is dit een stap in een langer lopende trend: de besturingssoftware die kwantumhardware aanstuurt, wordt steeds beter geïntegreerd met bestaande supercomputertechnologie. Dat maakt het voor onderzoeksinstellingen en bedrijven eenvoudiger om te experimenteren met hybride toepassingen, zonder eerst een team van hardware-specialisten te hoeven aannemen.