Hoe AI, quantumcomputers en klassieke computers supercomputers een nieuwe vorm geven

(Dan Tri) - Jack Dongarra, bekend als de "vader van supercomputers en wetenschappelijke software", heeft zojuist een veelbelovende toekomst voor high-performance computing geschetst.

Dongarra, winnaar van de Turing Award 2021 (ook wel bekend als de Nobelprijs voor informatica) en een van de oprichters van de Top 500-lijst, waarop de krachtigste supercomputers ter wereld worden gerangschikt, zijn visies op de toekomst van supercomputing belangrijke leidraden voor zowel de wetenschappelijke gemeenschap als de industrie in het algemeen.

Hybride computers - Oplossingen voor de toekomst

Volgens Dongarra zal de volgende generatie supercomputers niet simpelweg een traditionele hardware-upgrade zijn, maar een slimme combinatie van klassieke computersystemen met kwantumtechnologie en kunstmatige intelligentie (AI).

Dit wordt gezien als een beslissende stap om de huidige grenzen van de Wet van Moore te overwinnen, nu de miniaturisatie van transistors bijna een fysieke barrière heeft bereikt.

Dongarra benadrukt dat de toekomst van supercomputing niet ligt in het volledig vervangen van klassieke systemen door quantumcomputers, maar in een harmonieuze combinatie van beide.

Hij beschrijft dit hybride systeem als een gelaagde computermachine, waarbij elk onderdeel de taken uitvoert die het beste bij zijn eigenschappen passen.

Volgens Dongarra zouden quantumprocessoren (QPU's) fungeren als 'gespecialiseerde versnellers' voor complexe optimalisatieproblemen, met name in moleculaire simulaties om nieuwe medicijnen of materialen te ontdekken.

Deze problemen zijn exponentieel complex, waardoor ze zelfs voor de krachtigste supercomputers van vandaag onoplosbaar zijn. Quantumcomputers, die gebruik kunnen maken van kwantumsuperpositie en verstrengelingseffecten, kunnen ze echter veel efficiënter verwerken.

Traditionele CPU's en GPU's blijven ondertussen de belangrijkste rekentaken uitvoeren, zoals het verwerken van big data en het uitvoeren van AI-algoritmen. Deze redelijke taakverdeling optimaliseert niet alleen de prestaties, maar helpt ook om de sterke punten van elk type processor optimaal te benutten.

Een van Dongarra's meest unieke perspectieven is de rol van AI in het toekomstige supercomputersysteem. Hij ziet AI niet alleen als een applicatie die op een supercomputer draait, maar als de 'lijm' die het hele systeem verbindt en coördineert.

Jack Dongarra speelt een sleutelrol in high-performance computing (foto: US Department of Energy).

Volgens Dongarra zal AI supercomputers in realtime optimaliseren met behulp van voorspellende modelleringstechnieken om resources intelligent toe te wijzen. Het systeem zal automatisch kunnen beslissen wanneer klassieke processoren moeten worden gebruikt, wanneer moet worden overgeschakeld naar QPU's en hoe deze moeten worden gecoördineerd voor optimale efficiëntie.

Deze visie wordt gerealiseerd door vele baanbrekende projecten.

Halfgeleidergigant Nvidia en Quantum Machines hebben zojuist het DGX Quantum-systeem geïntroduceerd. Daarmee wordt een quantumcontroller in slechts enkele microseconden nauw verbonden met een AI-superchip.

Het systeem maakt realtime kwantumfoutcorrectie en op AI gebaseerde kwantumprocessorkalibratie mogelijk, waardoor er nieuwe mogelijkheden ontstaan ​​voor hybride kwantum-klassieke toepassingen.

Nieuwe uitdagingen in de wereldwijde technologierace

Dongarra schuwde het ook niet om de uitdagingen te bespreken waarmee de supercomputerindustrie te maken heeft, zoals een gebrek aan onderzoeksfinanciering en de internationale concurrentiedruk, met name vanuit China.

Recente ontwikkelingen in China op dit gebied, zoals de Jiuzhang-quantumcomputer die taken 180 miljoen keer sneller kan uitvoeren dan de krachtigste supercomputer, of de Zuchongzhi 3.0-quantumprocessor met 105 qubits, hebben westerse landen wakker geschud.

De Chinese Jiuzhang-quantumcomputer kan taken 180 miljoen keer sneller uitvoeren dan de krachtigste supercomputer (Foto: Spectrum)

De toekenning van de Jack Dongarra Early Career Award van dit jaar aan Dr. Lin Gan van de Tsinghua Universiteit (China) voor zijn bijdragen aan HPC-algoritmen die een brug slaan tussen klassieke en kwantumsystemen, onderstreept het wereldwijde karakter van deze race.

Dongarra riep op tot nauwere internationale samenwerking via organisaties als North American Artificial Intelligence (NAAI), waar hij onlangs lid van werd, om de ethische integratie van AI in supercomputers te bevorderen.

Dongarra wijst op even belangrijke uitdagingen bij de ontwikkeling van human resources. Er is nog steeds een enorm tekort aan talent met interdisciplinaire expertise in AI, quantum computing en HPC.

Hoewel initiatieven als het Texas Quantum Program de talentenpool vergroten, is het nog ver weg om er op brede schaal klaar voor te zijn.

Bovendien vereist de integratie van AI-, HPC- en kwantumtechnologieën in uniforme workflows complexe infrastructuurcoördinatie, wat de implementatie vertraagt. Cybersecurityproblemen worden ook groter, omdat deze hybride systemen vanuit meerdere richtingen kunnen worden aangevallen.

Doorbraaktoepassingen wachten op u

Het potentieel van hybride supercomputersystemen is niet alleen theoretisch. Er worden razendsnel praktische toepassingen ontwikkeld, van medicijnontwikkeling tot klimaatmodellering, van financiële optimalisatie tot de ontwikkeling van geavanceerde materialen.

Op medisch gebied kunnen hybride systemen complexe moleculaire reacties simuleren om sneller en nauwkeuriger nieuwe farmaceutische verbindingen te ontdekken.

Als het gaat om klimaatverandering, kunnen wetenschappers door wereldwijde klimaatmodellen met een hoge resolutie te verwerken, extreme weersomstandigheden beter voorspellen en erop reageren.

In de financiële wereld zouden kwantumoptimalisatiealgoritmen een revolutie teweeg kunnen brengen in risicoanalyse en portefeuillebeheer. In materiaalonderzoek zou de mogelijkheid om atomaire structuren op ongekend niveau te simuleren de weg kunnen vrijmaken voor supergeleidende materialen, hoogenergetische batterijen en geavanceerde legeringen.

Om deze visie te realiseren, benadrukte Dongarra het belang van het bouwen van de juiste infrastructuur. Dit omvat niet alleen geavanceerde hardware, maar ook middleware om kwantumcircuits te integreren met klassieke computerbronnen.

De Japanse supercomputer ABCI-Q (foto: Wccftech).

Supercomputercentra over de hele wereld implementeren deze hybride infrastructuur actief. Het Japanse Global Research and Development Center for Quantum-AI Business Technology (G-QuAT) met zijn ABCI-Q supercomputer, uitgerust met 2020 Nvidia H100 GPU's, geïntegreerd met Fujitsu's supergeleidende quantumprocessoren, QuEra's neutrale atoomprocessoren en OptQC's fotonische processoren.

Ook Europese projecten zoals de Duitse Jupiter-supercomputer, de Japanse Fugaku en het Poolse PSNC zijn begonnen met de integratie van quantumcomputerhardware. De aankondiging door Denemarken van plannen om de Magne-kwantumsupercomputer te bouwen met in eerste instantie 50 logische qubits, in samenwerking met Microsoft en Atom Computing, weerspiegelt deze wereldwijde trend.

Maak je klaar voor een nieuw tijdperk dat begint

Dongarra voorspelt dat er in de periode 2025-2030 een explosie aan hybride toepassingen van quantum-AI zal plaatsvinden.

De eerste toepassingsgevallen omvatten onder meer quantumgeneratieve adversarial networks voor medicijnontdekking, reinforcement learning op basis van quantumsubroutines en quantumverbeterde optimalisatieoplossingen die worden toegepast op echte logistieke problemen.

IBM verwacht dit jaar met zijn quantumroadmap belangrijke doorbraken te realiseren en een aantal van de grootste obstakels voor het opschalen van quantumhardware weg te nemen.

In 2026 zal de Kookaburra-chip van IBM een systeem van 4.158 qubits creëren, wat een doorbraak in de mogelijkheden van quantumcomputing betekent.

Jack Dongarra's visie op de toekomst van supercomputing is niet alleen een wetenschappelijke voorspelling, maar ook een oproep tot actie. De combinatie van klassieke, quantum- en AI-computing zal ongekende rekencapaciteiten creëren en de mogelijkheid bieden om de grootste uitdagingen van de mensheid op te lossen.

Zoals Jack Dongarra al zei, betreden we een nieuw computertijdperk waarin de grenzen tussen wat mogelijk is en wat niet mogelijk is volledig opnieuw gedefinieerd zullen worden. De vraag is niet of dit zal gebeuren, maar of we er klaar voor zijn om het te grijpen.

Bron: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/cach-ai-luong-tu-va-tinh-toan-co-dien-dinh-hinh-lai-sieu-may-tinh-20250807140924177.htm