Vědci vynalézají virtuální stroje na kvantové výpočty – budou snižovat obrat z dnů na hodiny
Vědci vynalezli novou výpočetní technologii, která umožňuje více lidem provozovat programy na a množství počítače poprvé.
Nový systém nazývaný „Hyperq“ je typ technologie virtualizace, která vyvažuje pracovní vytížení rozdělením fyzického hardwaru kvantového počítače do více izolovaných kvantových virtuálních virtuálních strojů (QVMS), které jsou pak pověřeny inteligentním plánovačem.
Tento plánovač funguje „jako hlavní hráč Tetris“, který sbaluje více QVMS dohromady, aby běžel současně na různých částech jednoho stroje, uvedli zástupci Columbie v a prohlášení. Konečným výsledkem je jediný kvantový počítač schopný podporovat více uživatelů provozujících různé aplikace. Vědci zveřejnili svá zjištění v červenci v nové studii, která byla uvedena v 19. Sympozium Usenix o návrhu a implementaci operačního systému (OSDI ’25).
„Hyperq přináší virtualizaci ve stylu cloudu do kvantové výpočetní techniky,“ studoval spoluautor Jason NiehVe svém prohlášení uvedl profesor informatiky v Columbia Engineering. „Umožňuje jedinému stroji spustit více programů najednou – žádné rušení, žádné čekání v řadě.“
Účinnost prostřednictvím virtualizace
Typické kvantové počítače založené na bráně jsou ve srovnání s jejich binárními protějšky drahé. Podle data od kvantového zeitgeistuNáklady na výzkum a vývoj pro kvantový výpočetní systém v malém měřítku se pohybují od 10 do 15 milionů USD. To je před tím, než je náklady na údržbu, které se odhadují na více než milion dolarů ročně, s vývojem softwaru a programování nahoře.
Navzdory vysokým vývojovým a provozním nákladům je většina kvantových počítačů obvykle schopna pouze podporovat Operace pro jednoho uživatele kvůli vnitřnosti propojeno povaha qubits – Kvantový ekvivalent klasických počítačových bitů – tvoří.
Vědci se inspirovali virtualizační technologií, která poháněla moderní služby cloud computingu, jako jsou Amazon Web Services (AWS) a Microsoft Azure. V prostředí klasického výpočtu virtuálního stroje (VM) softwarová vrstva s názvem Hypervisor nebo Virtual Machine Monitor přiděluje nepoužité zdroje jednotlivým virtuálním počítačem, které běží zcela nezávislé na sobě.
V kvantovém prostředí však musí počítačoví vědci vzít v úvahu „šum“ v kvantovém signálu, který by se mohl šířit v celém systému. Hyperq obchází tento problém izolací každého QVM pomocí „vyrovnávací paměti“ qubits, které zůstávají neaktivní, čímž neguje potenciál hlučného „přeslechu“.
„Předchozí úsilí vyžadovalo specializované kompilátory a potřebovalo to přesně vědět, které programy budou společně předem,“ řekl hlavní autor příspěvku Runzhou TaoBývalý doktorský student v Columbia’s Software Systems Laboratory. „Náš přístup funguje dynamicky s existujícími nástroji pro kvantové programování, které je mnohem flexibilnější a praktičtější pro použití v reálném světě.“
Dynamické multiprogramování
Kvantové programy se obvykle provádějí předvídatelným vzorcem qubits. Hyperq určuje optimální časové sloty pro každý požadavek uživatele a přiděluje zdroje v průběhu času i prostoru určením, které qubits budou nezbytné pro každou žádost a jak dlouho budou aktivní, uvedli vědci ve studii.
Může to znít jako jednoduchý souběžný úlohu plánování, ale předchozí systémy pro správu strojů vyžadovaly, aby si uživatelé vedli, aby systém mohl předkompilovat jejich požadavky na provedení. Hyperq představuje koncept nazývaný „dynamické multiprogramování“, ve kterém je použití efektivní, přičemž programy jsou schopny být kompilovány nezávisle pro QVM různé velikosti.
Tým testoval svou softwarovou vrstvu HyperQ na kvantovém počítači Brisbane IBM, 127-quitský systém založený na bráně postaveném na čipová sada Eagle. Podle výzkumu Hyperq zkrátil průměrné čekací doby uživatele až o 40krát, čímž se snížila doba obratu projektu z „dnů na pouhé hodiny“. Rovněž umožnilo až desetinásobné zvýšení počtu provedených kvantových programů.
Tým má v úmyslu rozšířit Hyperq, aby fungoval v celém škálu kvantových výpočetních architektur, včetně strojů vyrobených výrobci jinými než IBM.
