Cum transformă inteligența artificială, calculul cuantic și cel clasic supercomputerele

(Dan Tri) - Jack Dongarra, cunoscut drept „părintele supercomputerelor și al software-ului științific”, tocmai a schițat un viitor promițător pentru calculul de înaltă performanță.

În calitate de laureat al Premiului Turing din 2021 (cunoscut și sub numele de Premiul Nobel pentru informatică) și unul dintre fondatorii listei Top 500, care clasifică cele mai puternice supercomputere din lume, opiniile lui Dongarra despre viitorul supercomputerelor sunt ghiduri importante atât pentru comunitatea științifică , cât și pentru industrie în general.

Calculatoare hibride - Soluții pentru viitor

Potrivit lui Dongarra, următoarea generație de supercomputere nu va fi pur și simplu o modernizare hardware tradițională, ci o combinație inteligentă de sisteme de calcul clasice cu tehnologia cuantică și inteligența artificială (IA).

Acesta este considerat un pas decisiv pentru depășirea limitelor actuale ale Legii lui Moore, când miniaturizarea tranzistoarelor a atins aproape o barieră fizică.

Dongarra subliniază că viitorul supercomputerelor nu constă în înlocuirea completă a sistemelor clasice cu computere cuantice, ci într-o combinație armonioasă a ambelor.

El descrie acest sistem hibrid ca o mașină de calcul cu mai multe straturi, în care fiecare componentă va prelua sarcinile cele mai potrivite caracteristicilor sale.

În viziunea lui Dongarra, procesoarele cuantice (QPU) ar acționa ca „acceleratoare specializate” pentru probleme complexe de optimizare, în special în simulările moleculare pentru descoperirea de noi medicamente sau materiale.

Aceste probleme sunt exponențial complexe, ceea ce le face imposibile de rezolvat chiar și pentru cele mai puternice supercomputere din ziua de azi. Cu toate acestea, computerele cuantice, care pot profita de efectele de superpoziție cuantică și de inseparabilitate, le pot gestiona mult mai eficient.

Între timp, procesoarele și unitățile grafice tradiționale vor continua să se ocupe de principalele sarcini de calcul, procesând volume mari de date și executând algoritmi de inteligență artificială. Această diviziune rezonabilă a muncii nu numai că optimizează performanța, dar ajută și la valorificarea la maximum a punctelor forte ale fiecărui tip de procesor.

Una dintre cele mai unice perspective ale lui Dongarra este rolul inteligenței artificiale în viitorul sistem de supercomputer. El vede inteligența artificială nu doar ca pe o aplicație care rulează pe un supercomputer, ci ca pe „lipiciul” care conectează și coordonează întregul sistem.

Jack Dongarra joacă un rol cheie în calculul de înaltă performanță (Foto: Departamentul de Energie al SUA).

Potrivit lui Dongarra, inteligența artificială va optimiza supercomputerele în timp real, folosind tehnici de modelare predictivă pentru a aloca inteligent resursele. Sistemul va putea decide automat când să utilizeze procesoarele clasice, când să treacă la QPU-uri și cum să le coordoneze pentru o eficiență optimă.

Această viziune este realizată prin numeroase proiecte inovatoare.

Gigantul semiconductorilor Nvidia și Quantum Machines tocmai au lansat sistemul DGX Quantum, care conectează strâns un controler cuantic cu un supercip de inteligență artificială în doar câteva microsecunde.

Sistemul permite corecția erorilor cuantice în timp real și calibrarea procesorului cuantic bazat pe inteligență artificială, deschizând noi posibilități pentru aplicații hibride cuantice-clasice.

Noi provocări în cursa tehnologică globală

Dongarra nu s-a sfiit nici să discute despre provocările cu care se confruntă industria supercomputerelor, cum ar fi lipsa finanțării pentru cercetare și presiunea concurențială internațională, în special din partea Chinei.

Progresele recente ale Chinei în acest domeniu, cum ar fi computerul cuantic Jiuzhang, care poate efectua sarcini de 180 de milioane de ori mai rapid decât cel mai puternic supercomputer, sau procesorul cuantic Zuchongzhi 3.0 cu 105 qubiți, au tras un semnal de alarmă pentru țările occidentale.

Calculatorul cuantic Jiuzhang din China poate efectua sarcini de 180 de milioane de ori mai rapid decât cel mai puternic supercomputer (Foto: Spectrum)

Acordarea premiului Jack Dongarra pentru carieră timpurie din acest an Dr. Lin Gan de la Universitatea Tsinghua (China) pentru contribuțiile sale la algoritmii HPC care fac legătura cu sistemele clasice și cuantice confirmă și mai mult natura globală a acestei rase.

Dongarra a pledat pentru o cooperare internațională sporită prin intermediul unor organizații precum North American Artificial Intelligence (NAAI), la care s-a alăturat recent, pentru a promova integrarea etică a inteligenței artificiale în supercomputere.

Dongarra subliniază provocări la fel de importante în dezvoltarea resurselor umane. Există încă o lipsă uriașă de talente cu expertiză interdisciplinară în inteligență artificială, calcul cuantic și HPC.

Deși inițiative precum Programul Quantum din Texas extind rezerva de talente, pregătirea pe scară largă este încă departe de a se realiza.

În plus, integrarea tehnologiilor de inteligență artificială, HPC și cuantice în fluxuri de lucru unificate necesită o coordonare complexă a infrastructurii, care încetinește implementarea. Problemele de securitate cibernetică sunt, de asemenea, agravate, deoarece aceste sisteme hibride pot fi vizate din mai multe direcții.

Aplicații inovatoare așteaptă

Potențialul sistemelor hibride de supercomputing nu este doar teoretic. Aplicațiile practice sunt dezvoltate într-un ritm rapid, de la descoperirea medicamentelor la modelarea climatică, de la optimizarea financiară la dezvoltarea de materiale avansate.

În domeniul medical, sistemele hibride pot simula reacții moleculare complexe pentru a descoperi noi compuși farmaceutici mai rapid și mai precis.

În ceea ce privește schimbările climatice, capacitatea de a procesa modele climatice globale la înaltă rezoluție va ajuta oamenii de știință să prezică și să reacționeze mai bine la fenomenele meteorologice extreme.

În domeniul financiar, algoritmii de optimizare cuantică ar putea revoluționa analiza riscurilor și managementul portofoliului. În cercetarea materialelor, capacitatea de a simula structura atomică la un nivel fără precedent ar putea deschide calea pentru materiale supraconductoare, baterii de înaltă energie și aliaje avansate.

Pentru a realiza această viziune, Dongarra a subliniat importanța construirii infrastructurii potrivite. Aceasta include nu doar hardware avansat, ci și middleware pentru integrarea circuitelor cuantice cu resursele de calcul clasice.

Supercomputerul ABCI-Q din Japonia (Foto: Wccftech).

Centrele de supercalcul din întreaga lume implementează activ această infrastructură hibridă. Centrul Global de Cercetare și Dezvoltare pentru Tehnologia de Afaceri a Inteligenței Artificiale Cuantice (G-QuAT) din Japonia, cu supercomputerul său ABCI-Q echipat cu 2.020 de GPU-uri Nvidia H100, integrat cu procesoarele cuantice supraconductoare de la Fujitsu, procesoarele cu atomi neutri de la QuEra și procesoarele fotonice de la OptQC.

În mod similar, proiecte din Europa, precum supercomputerul Jupiter din Germania, Fugaku din Japonia și PSNC din Polonia, au început să integreze hardware de calcul cuantic. Anunțul Danemarcei privind planurile de a construi supercomputerul cuantic Magne cu un număr inițial de 50 de qubiți logici, în colaborare cu Microsoft și Atom Computing, reflectă, de asemenea, această tendință globală.

Pregătește-te pentru o nouă eră care începe

Dongarra prezice că perioada 2025-2030 va înregistra o explozie a aplicațiilor hibride de inteligență artificială cuantică.

Cazurile de utilizare inițiale vor include rețele adversariale generative cuantice pentru descoperirea de medicamente, învățare prin consolidare bazată pe subrutine cuantice și rezolvători de optimizare îmbunătățiți cuantic aplicați problemelor logistice din lumea reală.

IBM, cu foaia sa de parcurs pentru tehnologia cuantică, se așteaptă să facă progrese semnificative în acest an, eliminând unele dintre cele mai mari bariere în calea scalarii hardware-ului cuantic.

Până în 2026, cipul Kookaburra de la IBM va crea un sistem de 4.158 de qubiți, marcând un progres în capacitățile de calcul cuantic.

Viziunea lui Jack Dongarra asupra viitorului supercomputingului nu este doar o predicție științifică, ci și un îndemn la acțiune. Combinația dintre calculul clasic, cuantic și cel bazat pe inteligență artificială va crea capacități de calcul fără precedent, deschizând oportunitatea de a rezolva cele mai mari provocări ale umanității.

Așa cum a spus Jack Dongarra, intrăm într-o nouă eră a informaticii, în care granițele dintre ceea ce este posibil și ceea ce nu este posibil vor fi complet redefinite. Întrebarea nu este dacă acest lucru se va întâmpla, ci dacă suntem pregătiți să profităm de el.

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