Como a IA, a computação quântica e a computação clássica estão remodelando os supercomputadores.

(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 Top 500, que classifica os supercomputadores mais poderosos do mundo, as opiniões 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

Segundo 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).

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

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

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

Na visão de Dongarra, os processadores quânticos (QPUs) atuariam como "aceleradores especializados" para problemas complexos de otimização, particularmente em simulações moleculares para a descoberta de novos medicamentos ou materiais.

Esses problemas são exponencialmente complexos, tornando-os insolúveis até mesmo para os supercomputadores mais poderosos da atualidade. No entanto, os computadores quânticos, que podem tirar proveito dos efeitos da superposição quântica e do emaranhamento quântico, conseguem lidar com eles de forma muito mais eficiente.

Enquanto isso, as CPUs e GPUs tradicionais continuarão a lidar com as principais tarefas de computação, processando grandes volumes de dados e executando algoritmos de IA. Essa divisão racional de tarefas não só otimiza o desempenho, como 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 supercomputadores. Ele vê a IA não simplesmente como um aplicativo executado 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 os supercomputadores em tempo real, usando 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 a máxima eficiência.

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

A gigante dos semicondutores Nvidia e a Quantum Machines acabam de apresentar o sistema DGX Quantum, que conecta de forma precisa um controlador quântico a um superchip de IA em apenas alguns microssegundos.

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

Novos desafios na corrida tecnológica global

Dongarra também não se furtou a discutir os desafios enfrentados pela indústria de supercomputadores, como a falta de financiamento para pesquisa e a pressão competitiva internacional, particularmente da China.

Os recentes avanços da China nessa área, como o computador quântico Jiuzhang, capaz de executar tarefas 180 milhões de vezes mais rápido que o supercomputador mais poderoso, ou o processador quântico Zuchongzhi 3.0 com 105 qubits, serviram de alerta para os países ocidentais.

O computador quântico de Jiuzhang, na China, consegue realizar tarefas 180 milhões de vezes mais rápido do que o supercomputador mais poderoso (Foto: Spectrum).

A atribuição do Prêmio Jack Dongarra de Início de Carreira deste ano ao Dr. Lin Gan, da Universidade de Tsinghua (China), por suas contribuições para algoritmos de computação de alto desempenho que fazem a ponte entre sistemas clássicos e quânticos, reafirma ainda mais a natureza global dessa corrida.

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

Dongarra aponta para desafios igualmente importantes no desenvolvimento de recursos humanos. Ainda existe uma enorme escassez de talentos com conhecimentos interdisciplinares em IA, computação quântica e HPC.

Embora iniciativas como o Programa Quântico do Texas estejam ampliando o conjunto de talentos, a prontidão generalizada ainda está longe de ser alcançada.

Além disso, a integração de IA, HPC e tecnologias quânticas em fluxos de trabalho unificados exige uma coordenação complexa de infraestrutura, o que retarda a implementação. Os problemas de segurança cibernética também se agravam, uma vez que esses sistemas híbridos podem ser alvos de ataques vindos 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, desde a descoberta de medicamentos até a modelagem climática, da otimização financeira ao desenvolvimento de materiais avançados.

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

No que diz respeito às mudanças climáticas, a capacidade de processar modelos climáticos globais em alta resolução ajudará os cientistas a prever e responder melhor a eventos climáticos extremos.

Na área financeira, os algoritmos de otimização quântica podem revolucionar a análise de risco e a gestão de portfólios. 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 clássica.

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

Centros de supercomputação em todo o mundo estão implantando 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, integradas com processadores quânticos supercondutores da Fujitsu, processadores de átomos neutros da QuEra e processadores fotônicos da OptQC.

Da mesma forma, projetos na Europa, como o supercomputador Jupiter da Alemanha, o Fugaku do Japão e o PSNC da Polônia, já começaram a integrar hardware de computação quântica. O anúncio da Dinamarca sobre seus planos de 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 a 2030 testemunhará uma explosão de aplicações híbridas de inteligência artificial quântica.

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

A IBM, com seu roteiro para a computação quântica, espera fazer avanços significativos este ano, removendo algumas das maiores barreiras para a expansão do hardware quântico.

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

A visão de Jack Dongarra sobre o futuro da supercomputação não é apenas uma previsão científica, mas também um apelo à ação. A combinação da computação clássica, quântica e de inteligência artificial criará capacidades computacionais sem precedentes, abrindo a oportunidade para solucionar os 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 preparados para aproveitar essa oportunidade.

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