MareNostrum-ONA, la infraestructura de computació quàntica del Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS), ha completat la seva fulla de ruta tecnològica amb la instal·lació d'un nou processador de 35 qubits, la fita final del Quantum Spain. El sistema ha estat construït i desplegat per Qilimanjaro i GMV, integrat a MareNostrum 5, i ha estat obert a la comunitat investigadora des del primer dia a través de la Xarxa Espanyola de Supercomputació (RES).
El desenvolupament del sistema s'emmarca dins de la iniciativa Quantum Spain, impulsada pel Ministeri per a la Transformació Digital i la Funció Pública a través de la SEDIA.
El processador de 35 qubits a MareNostrum-ONA.
Aquest sistema marca el canvi de l'era de la computació quàntica experimental a la computació quàntica operativa. Qilimanjaro, juntament amb GMV i el BSC, ha demostrat que Espanya té capacitat industrial per produir, implementar, escalar i mantenir sistemes quàntics reals en producció, integrats en un dels superordinadors més potents d'Europa. I, sobretot, accessible des del primer dia.
Marta P. Estarellas
Conseller delegat de Qilimanjaro
La infraestructura està en funcionament. Els investigadors l'estan utilitzant.
Des de la seva posada en marxa, la RES ha concedit accés a més de 45 projectes, acumulant més de 4.000 hores de temps de càlcul. Els resultats ja s'estan obrint camí en la literatura científica, amb tres estudis recents que il·lustren com d'ampli i pràctic és ja aquest ús.
Un cop el MN-ONA va estar operatiu, Mar Tejedor i la Dra. Rosa María Badía del grup de Workflows and Distributed Computing del BSC, juntament amb la Dra. Alba Cervera i Berta Casas, van desenvolupar Qdislib. Aquesta llibreria per al tall de circuits quàntics distribuïts descompon circuits grans en subcircuits més petits i els executa en paral·lel a través de CPUs, GPUs i QPUs, dissenyada per funcionar perfectament dins d'entorns HPC quàntics-clàssics híbrids com el MareNostrum-ONA.
Un any més tard, el grup de fluxos de treball i informàtica distribuïda va publicar nous resultats pel que fa al desenvolupament d'un Circuit quàntic en memòria cau. Aquest sistema detecta l'equivalència semàntica entre operacions quàntiques per eliminar el càlcul redundant en fluxos de treball híbrids a gran escala. Avaluat al QPU de 35 qubits de MareNostrum-ONA, va aconseguir un 11,2x d'acceleració en maquinari real, evitant fins a 91.98% d'execucions redundants de subsistemes.
Un equip de recerca codirigit pel Dr. Massimiliano Ferrara, el Dr. Santiago Forgas Coll i la Dra. Laura Sáez Ortuño, amb la participació del Dr. Martí Sagarra i la Valeria Isgrò, entre altres investigadors, va aplicar mètodes de nucli quàntic a un problema empresarial real: Preveient la qualitat dels projectes de finançament col·lectiu de capital en ciències de la vida. El seu treball va incloure una implementació directa de maquinari al Quantum Blue QPU del BSC, convertint-lo en un dels primers estudis a comparar els resultats amb maquinari quàntic físic en aquesta infraestructura.
Aquest treball també marca una novetat: el primer article publicat que sorgeix de l'accés quàntic concedit a través de la RES.
En paraules del Dr. Sáez:
Treballar amb maquinari quàntic real a MareNostrum-ONA ha estat una experiència molt valuosa, especialment per validar resultats més enllà de les simulacions. L'accés a la infraestructura del BSC ha estat fluid i ens ha permès integrar el processador quàntic dins d'un flux de treball HPC híbrid, cosa clau per avançar cap a aplicacions del món real. Disposar d'un entorn obert d'aquest tipus per a la comunitat investigadora és extremadament significatiu.
Dra. Laura Sáez
Investigador a la Universitat de Barcelona
L'equip de recerca, Dr. Massimiliano Ferrara, Dr. Santiago Forgas Coll i Dra. Laura Sáez Ortuño.
Què ve després
Quantum Spain ja està complet, la infraestructura està en funcionament i els resultats comencen a sortir. Però encara hi haurà més.
MareNostrum-ONA s'està ampliant actualment amb un nou processador quàntic analògic, també construït per Qilimanjaro, com a part del node EuroQCS-Espanya de l'EuroHPC Joint Undertaking. La seva inauguració s'acosta. Per als investigadors que treballen en problemes d'optimització i simulació, això obrirà un nou ventall de possibilitats en la mateixa infraestructura, una que unifica la computació quàntica digital, l'analògica i la clàssica.
Assolir els 35 qubits a MareNostrum-ONA ha estat un gran pas endavant per a la nostra recerca. Ens ha permès provar problemes significativament més grans i complexos, alhora que ens ha donat una visió molt més clara de com integrar el maquinari quàntic en els nostres fluxos de treball per aprofitar al màxim el potencial de la integració entre la informàtica quàntica i l'HPC. Això representa un pas important cap al desenvolupament de futurs fluxos de treball híbrids que combinen la computació clàssica i quàntica.
Mar Tejedor
Estudiant de doctorat al BSC
L'accés a MareNostrum-ONA està disponible a través de la Red Española de Supercomputación (RES) i dels programes d'accés del BSC.
