Como a IA, a computação quântica e a clássica estão remodelando a supercomputação

(Dan Tri) - Jack Dongarra, conhecido como o "pai dos supercomputadores e do software científico", acaba de delinear um futuro promissor para a computação de alto desempenho.

Como vencedor do Prêmio Turing de 2021 (também conhecido como o Prêmio Nobel da computação) e um dos fundadores da Lista dos 500 Melhores que classifica os supercomputadores mais poderosos do mundo, as visões de Dongarra sobre o futuro da supercomputação são guias importantes tanto para a comunidade científica quanto para a indústria em geral.

Computadores Híbridos - Soluções para o Futuro

De acordo com Dongarra, a próxima geração de supercomputadores não será simplesmente uma atualização de hardware tradicional, mas uma combinação inteligente de sistemas de computação clássicos com tecnologia quântica e inteligência artificial (IA).

Este é considerado um passo decisivo para superar os limites atuais da Lei de Moore, quando a miniaturização de transistores quase atingiu uma barreira física.

Dongarra enfatiza que o futuro da supercomputação não está na substituição completa dos sistemas clássicos por computadores quânticos, mas em uma combinação harmoniosa de ambos.

Ele descreve esse sistema híbrido como uma máquina de computação multicamadas, onde cada componente assumirá tarefas mais adequadas às suas características.

Na visão de Dongarra, as unidades de processamento quântico (QPUs) atuariam como “aceleradores especializados” para problemas complexos de otimização, particularmente em simulações moleculares para descobrir novos medicamentos ou materiais.

Esses problemas são exponencialmente complexos, o que os torna difíceis de resolver até mesmo para os supercomputadores mais poderosos da atualidade. No entanto, os computadores quânticos, que podem tirar proveito dos efeitos de superposição e emaranhamento quânticos, podem lidar com eles com muito mais eficiência.

Enquanto isso, CPUs e GPUs tradicionais continuarão a lidar com as principais tarefas de computação, processando big data e executando algoritmos de IA. Essa divisão razoável de trabalho não apenas otimiza o desempenho, mas também ajuda a aproveitar ao máximo os pontos fortes de cada tipo de processador.

Uma das perspectivas mais singulares de Dongarra é o papel da IA ​​no futuro sistema de supercomputação. Ele vê a IA não apenas como um aplicativo rodando em um supercomputador, mas como a "cola" que conecta e coordena todo o sistema.

Jack Dongarra desempenha um papel fundamental na computação de alto desempenho (Foto: Departamento de Energia dos EUA).

Segundo Dongarra, a IA otimizará supercomputadores em tempo real, utilizando técnicas de modelagem preditiva para alocar recursos de forma inteligente. O sistema será capaz de decidir automaticamente quando usar processadores clássicos, quando alternar para QPUs e como coordená-los para obter eficiência ideal.

Essa visão está sendo concretizada por meio de muitos projetos pioneiros.

A gigante de semicondutores Nvidia e a Quantum Machines acabaram de lançar o sistema DGX Quantum, conectando controladores quânticos com superchips de IA em apenas alguns microssegundos.

O sistema permite correção de erros quânticos em tempo real e calibração de processadores quânticos baseada em IA, abrindo novas possibilidades para aplicações híbridas quânticas-clássicas.

Novos desafios na corrida tecnológica global

Dongarra também não hesitou em discutir os desafios enfrentados pela indústria de supercomputação, como a falta de financiamento para pesquisa e a pressão competitiva internacional, especialmente da China.

Os avanços recentes da China nesse campo, como o computador quântico Jiuzhang, que pode executar tarefas 180 milhões de vezes mais rápido que o supercomputador mais poderoso, ou o processador quântico Zuchongzhi 3.0 com 105 qubits, soaram como um alerta para os países ocidentais.

O computador quântico Jiuzhang da China pode executar tarefas 180 milhões de vezes mais rápido que o supercomputador mais poderoso (Foto: Spectrum)

A concessão do Prêmio Jack Dongarra Early Career deste ano ao Dr. Lin Gan da Universidade Tsinghua (China) por suas contribuições aos algoritmos de HPC que unem sistemas clássicos e quânticos confirma ainda mais a natureza global desta corrida.

Dongarra pede maior cooperação internacional por meio de organizações como a North American Artificial Intelligence (NAAI), da qual ele se juntou recentemente, para promover a integração ética da IA ​​em supercomputadores.

Dongarra aponta desafios igualmente importantes no desenvolvimento de recursos humanos. Ainda há uma enorme escassez de talentos com expertise interdisciplinar em IA, computação quântica e HPC.

Embora iniciativas como o Programa Quantum do Texas estejam expandindo o conjunto de talentos, a preparação generalizada ainda está longe.

Além disso, a integração de IA, HPC e tecnologias quânticas em fluxos de trabalho unificados exige uma coordenação complexa de infraestrutura, o que atrasa a implantação. A segurança cibernética também está se tornando mais complexa, pois esses sistemas híbridos podem ser alvos de múltiplas direções.

Aplicações inovadoras aguardam

O potencial dos sistemas híbridos de supercomputação não é apenas teórico. Aplicações práticas estão sendo desenvolvidas em ritmo acelerado, da descoberta de medicamentos à modelagem climática, da otimização financeira ao desenvolvimento de materiais avançados.

Na área médica, sistemas híbridos podem simular reações moleculares complexas para encontrar novos compostos farmacêuticos com mais rapidez e precisão.

Para as mudanças climáticas, a capacidade de processar modelos climáticos globais em alta resolução ajudará os cientistas a prever e responder melhor a eventos climáticos extremos.

Em finanças, algoritmos de otimização quântica podem revolucionar a análise de risco e a gestão de portfólios. E na pesquisa de materiais, a capacidade de simular a estrutura atômica em um nível sem precedentes pode abrir caminho para materiais supercondutores, baterias de alta energia e ligas avançadas.

Para concretizar essa visão, Dongarra enfatizou a importância de construir a infraestrutura adequada. Isso inclui não apenas hardware avançado, mas também middleware para integrar circuitos quânticos com recursos de computação clássicos.

Supercomputador ABCI-Q do Japão (Foto: Wccftech).

Centros de supercomputação em todo o mundo estão implementando ativamente essa infraestrutura híbrida. O Centro Global de Pesquisa e Desenvolvimento para Tecnologia de Negócios de IA Quântica (G-QuAT) do Japão, com seu supercomputador ABCI-Q equipado com 2.020 GPUs Nvidia H100, integrado aos processadores quânticos supercondutores, processadores de átomo neutro QuEra e processadores fotônicos OptQC da Fujitsu.

Da mesma forma, projetos europeus como o supercomputador Jupiter, da Alemanha, o Fugaku, do Japão, e o PSNC, da Polônia, começaram a integrar hardware de computação quântica. O anúncio da Dinamarca sobre planos para construir o supercomputador quântico Magne, com 50 qubits lógicos iniciais, em colaboração com a Microsoft e a Atom Computing, também reflete essa tendência global.

Prepare-se para uma nova era que está começando

Dongarra prevê que o período de 2025-2030 verá uma explosão de aplicações híbridas de IA quântica.

Os casos de uso iniciais incluirão redes adversárias generativas quânticas para descoberta de medicamentos, aprendizado por reforço alimentado por sub-rotinas quânticas e solucionadores de otimização aprimorados quânticos aplicados a problemas de logística do mundo real.

A IBM, com seu roteiro quântico, espera fazer avanços significativos este ano, removendo algumas das maiores barreiras ao dimensionamento de hardware quântico.

Até 2026, o chip Kookaburra da IBM criará um sistema de 4.158 qubits, marcando um grande salto nas capacidades da computação quântica.

A visão de Jack Dongarra sobre o futuro da supercomputação não é apenas uma previsão científica, mas também um chamado à ação. A combinação da computação clássica, quântica e de IA criará capacidades computacionais sem precedentes, abrindo caminho para a solução dos maiores desafios da humanidade.

Como disse Jack Dongarra, estamos entrando em uma nova era da computação, onde os limites entre o que é possível e o que não é serão completamente redefinidos. A questão não é se isso acontecerá, mas se estamos prontos para aproveitá-la.

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