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.

Als winnaar van de Turing Award 2021 (ook wel bekend als de Nobelprijs voor de informatica) en een van de oprichters van de Top 500-lijst met 's werelds krachtigste supercomputers, is Dongarra's visie op de toekomst van supercomputing van cruciaal belang 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 zomaar een traditionele hardware-upgrade zijn, maar een slimme combinatie van klassieke computersystemen met kwantumtechnologie en kunstmatige intelligentie (AI).

Dit wordt beschouwd als een cruciale stap om de huidige beperkingen van de Wet van Moore te overstijgen, nu de miniaturisatie van transistors bijna een fysieke grens heeft bereikt.

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

Hij beschrijft dit hybride systeem als een meerlaagse computer, waarbij elk onderdeel taken uitvoert die het best passen bij zijn kenmerken.

Volgens Dongarra zouden kwantumprocessoren (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. Kwantumcomputers, die gebruik kunnen maken van kwantumsuperpositie- en verstrengelingseffecten, kunnen ze echter veel efficiënter aanpakken.

Ondertussen blijven traditionele CPU's en GPU's de belangrijkste computertaken uitvoeren, zoals het verwerken van big data en het uitvoeren van AI-algoritmen. Deze verstandige taakverdeling optimaliseert niet alleen de prestaties, maar zorgt er ook voor dat de sterke punten van elk processortype optimaal benut worden.

Een van Dongarra's meest unieke perspectieven is de rol van AI in het toekomstige supercomputersysteem. Hij ziet AI niet simpelweg 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: Amerikaans ministerie van Energie).

Volgens Dongarra zal AI supercomputers in realtime optimaliseren door middel van voorspellende modelleringstechnieken om resources intelligent toe te wijzen. Het systeem zal automatisch kunnen bepalen wanneer een conventionele processor moet worden gebruikt, wanneer moet worden overgeschakeld naar een QPU en hoe deze te combineren voor optimale efficiëntie.

Deze visie wordt werkelijkheid door middel van vele baanbrekende projecten.

Halfgeleidergigant Nvidia en Quantum Machines hebben zojuist het DGX Quantum-systeem geïntroduceerd, dat een kwantumcontroller in slechts enkele microseconden nauw verbindt met een AI-superchip.

Het systeem maakt realtime kwantumfoutcorrectie en AI-gebaseerde kalibratie van kwantumprocessoren mogelijk, waardoor nieuwe mogelijkheden ontstaan ​​voor hybride kwantum-klassieke toepassingen.

Nieuwe uitdagingen in de wereldwijde technologische wedloop.

Dongarra schuwde ook niet de discussie over de uitdagingen waar de supercomputerindustrie voor staat, zoals een gebrek aan onderzoeksfinanciering en internationale concurrentiedruk, met name vanuit China.

De recente vooruitgang van China op dit gebied, zoals de Jiuzhang-kwantumcomputer die taken 180 miljoen keer sneller kan uitvoeren dan de krachtigste supercomputer, of de Zuchongzhi 3.0-kwantumprocessor met 105 qubits, heeft een waarschuwing betekend voor westerse landen.

De Jiuzhang-kwantumcomputer in China kan taken 180 miljoen keer sneller uitvoeren dan de krachtigste supercomputer (Foto: Spectrum).

De toekenning van de Jack Dongarra Early Career Award aan Dr. Lin Gan van de Tsinghua Universiteit (China) voor zijn bijdragen aan HPC-algoritmen die een brug slaan tussen klassieke en kwantumsystemen, bevestigt eens te meer het mondiale karakter van deze wedloop.

Dongarra pleitte voor meer internationale samenwerking via organisaties zoals North American Artificial Intelligence (NAAI), waar hij onlangs lid van is geworden, om de ethische integratie van AI in supercomputers te bevorderen.

Dongarra wijst op even belangrijke uitdagingen bij de ontwikkeling van menselijk kapitaal. Er is nog steeds een enorm tekort aan talent met interdisciplinaire expertise op het gebied van AI, kwantumcomputing en HPC.

Hoewel initiatieven zoals het Texas Quantum Program de talentenpool vergroten, is algemene paraatheid nog lang niet in zicht.

Bovendien vereist de integratie van AI, HPC en kwantumtechnologie in uniforme workflows een complexe coördinatie van de infrastructuur, wat de implementatiesnelheid vertraagt. Ook cybersecurityproblemen zijn complex, aangezien deze hybride systemen doelwit kunnen worden van aanvallen vanuit meerdere richtingen.

Baanbrekende toepassingen wachten op u.

Het potentieel van hybride supercomputersystemen is niet alleen theoretisch. Praktische toepassingen worden in hoog tempo ontwikkeld, van geneesmiddelenonderzoek tot klimaatmodellering, van financiële optimalisatie tot de ontwikkeling van geavanceerde materialen.

In de medische sector kunnen hybride systemen complexe moleculaire reacties simuleren om sneller en nauwkeuriger nieuwe farmaceutische verbindingen te ontdekken.

Voor klimaatverandering zal de mogelijkheid om mondiale klimaatmodellen met een hoge resolutie te verwerken wetenschappers helpen om extreme weersomstandigheden beter te voorspellen en erop te reageren.

In de financiële wereld zouden kwantumoptimalisatiealgoritmen een revolutie teweeg kunnen brengen in risicoanalyse en portefeuillebeheer. En in de materiaalkunde zal de mogelijkheid om atoomstructuren op ongekend niveau te simuleren de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van supergeleiders, 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 zetten deze hybride infrastructuur actief in. Het Japanse Global Research and Development Center for Quantum-AI Business Technology (G-QuAT) is met zijn ABCI-Q supercomputer uitgerust met 2020 Nvidia H100 GPU's, geïntegreerd met Fujitsu's supergeleidende kwantumprocessoren, QuEra's neutrale atoomprocessoren en OptQC's fotonische processoren.

Ook in Europa zijn projecten zoals de Duitse Jupiter-supercomputer, de Japanse Fugaku en de Poolse PSNC begonnen met de integratie van kwantumcomputerhardware. De aankondiging van Denemarken over de bouw van de Magne-kwantumsupercomputer met aanvankelijk 50 logische qubits, een samenwerking tussen Microsoft en Atom Computing, illustreert deze wereldwijde trend.

Maak je klaar voor een nieuw tijdperk dat aanbreekt.

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

De eerste toepassingen omvatten kwantumgeneratieve adversariële netwerken voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen, versterkingsleren met behulp van kwantumsubroutines en kwantumversterkte optimalisatie-oplossers voor logistieke problemen in de praktijk.

IBM verwacht met zijn kwantumroadmap dit jaar belangrijke doorbraken te realiseren en enkele van de grootste obstakels voor de schaalvergroting van kwantumhardware weg te nemen.

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

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, kwantum- en AI-computing zal ongekende rekenkracht creëren en de mogelijkheid bieden om de grootste uitdagingen van de mensheid op te lossen.

Zoals Jack Dongarra al zei, betreden we een nieuw tijdperk van computertechnologie waarin de grenzen tussen wat mogelijk en wat niet mogelijk is volledig opnieuw gedefinieerd zullen worden. De vraag is niet óf dit zal gebeuren, maar of we er klaar voor zijn om deze kans 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